3.4: Nucleus na DNA replication

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza muundo na vipengele vya utando wa nyuklia
• Andika orodha ya kiini
• Eleza shirika la molekuli ya DNA ndani ya kiini
• Eleza mchakato wa replication ya DNA

Kiini ni kubwa na maarufu zaidi ya organelles ya seli (Kielelezo 3.19). Kiini kwa ujumla huchukuliwa kama kituo cha udhibiti wa seli kwa sababu kinahifadhi maagizo yote ya maumbile kwa ajili ya utengenezaji wa protini. Kushangaza, baadhi ya seli katika mwili, kama vile seli za misuli, zina kiini zaidi ya moja (Kielelezo 3.20), ambayo inajulikana kama multinucleated. Seli nyingine, kama vile seli nyekundu za damu za mamalia (RBCs), hazina viini kabisa. RBC hutoa viini vyao wakati wanapokua, na kufanya nafasi kwa idadi kubwa ya molekuli za hemoglobin zinazobeba oksijeni katika mwili wote (Kielelezo 3.21). Bila nuclei, muda wa maisha ya RBCs ni mfupi, na hivyo mwili lazima uzalishe mpya daima.

Kielelezo 3.19 Kiini Kiini ni kituo cha udhibiti wa seli. Kiini cha seli hai kina nyenzo za maumbile ambazo huamua muundo mzima na kazi ya seli hiyo.

Kielelezo 3.20 multinucleate misuli Kiini Tofauti na seli za misuli ya moyo na seli laini misuli, ambayo kuwa na kiini moja, kiini cha misuli ya mifupa ina viini vingi, na inajulikana kama “multinucleated.” Seli hizi za misuli ni ndefu na zenye nyuzi (mara nyingi hujulikana kama nyuzi za misuli). Wakati wa maendeleo, seli nyingi ndogo hufuta kuunda fiber ya misuli ya kukomaa. Nuclei ya seli fused ni kuhifadhiwa katika seli kukomaa, hivyo kutoa tabia multinucleate kwa seli kukomaa misuli. KM × 104.3. (Micrograph zinazotolewa na Regents ya Chuo Kikuu cha Michigan Medical School © 2012)

Interactive Link

View Chuo Kikuu cha Michigan WebScope kuchunguza sampuli tishu kwa undani zaidi.

Kielelezo 3.21 Red Blood Cell Extruding Nucleus yake kukomaa seli nyekundu za damu hawana kiini. Wakati wao kukomaa, erythroblasts extrude kiini chao, na kufanya nafasi kwa hemoglobin zaidi. Paneli mbili hapa zinaonyesha erythroblast kabla na baada ya ejecting kiini chake, kwa mtiririko huo. (mikopo: muundo wa micrograph zinazotolewa na Regents ya Chuo Kikuu cha Michigan Medical School © 2012)

Interactive Link

View Chuo Kikuu cha Michigan WebScope kuchunguza sampuli tishu kwa undani zaidi.

Ndani ya kiini ni mwongozo unaoagiza kila kitu kiini kitakachofanya na bidhaa zote zitakazofanya. Habari hii ni kuhifadhiwa ndani ya DNA. Kiini hutuma “amri” kwenye seli kupitia wajumbe wa Masi wanaotafsiri habari kutoka DNA. Kila kiini katika mwili wako (isipokuwa seli za virusi) kina seti kamili ya DNA yako. Kiini kinapogawanyika, DNA inapaswa kurudiwa ili kila kiini kipya kipokee kamili cha DNA. Sehemu inayofuata itachunguza muundo wa kiini na yaliyomo yake, pamoja na mchakato wa replication ya DNA.

Shirika la Kiini na DNA Yake

Kama organelles nyingine nyingi za seli, kiini kinazungukwa na utando unaoitwa bahasha ya nyuklia. Kifuniko hiki cha membranous kina safu mbili zilizo karibu na lipid na nafasi nyembamba ya maji kati yao. Guinea bilayers hizi mbili ni pores nyuklia. Pore nyuklia ni njia ndogo ya kifungu cha protini, RNA, na solutes kati ya kiini na cytoplasm. Protini zinazoitwa pore complexes bitana pores nyuklia kudhibiti kifungu cha vifaa ndani na nje ya kiini.

Ndani ya bahasha ya nyuklia ni nucleoplasm kama gel na solutes ambayo ni pamoja na vitalu vya ujenzi wa asidi nucleic. Kunaweza pia kuwa na molekuli ya giza inayoonekana mara nyingi chini ya darubini rahisi ya mwanga, inayoitwa nucleolus (wingi = nucleoli). Nucleolus ni kanda ya kiini ambayo inawajibika kwa ajili ya utengenezaji wa RNA muhimu kwa ajili ya ujenzi wa ribosomu. Mara baada ya synthesized, subunits wapya alifanya ribosomal exit kiini kiini kupitia pores nyuklia.

Maagizo ya maumbile ambayo hutumiwa kujenga na kudumisha kiumbe hupangwa kwa namna ya utaratibu katika vipande vya DNA. Ndani ya kiini ni nyuzi za chromatin zinazojumuisha DNA na protini zinazohusiana (Kielelezo 3.22). Pamoja na nyuzi za chromatin, DNA imefungwa karibu na seti ya protini za histone. Nucleosome ni moja, imefungwa DNA-histone tata. Nucleosomu nyingi pamoja na molekuli nzima ya DNA huonekana kama mkufu wa beaded, ambapo kamba ni DNA na shanga ni histones zinazohusishwa. Wakati kiini iko katika mchakato wa mgawanyiko, chromatin hupungua ndani ya chromosomes, ili DNA iweze kusafirishwa salama kwa “seli za binti.” Chromosome inajumuisha DNA na protini; ni fomu iliyosafishwa ya chromatin. Inakadiriwa kuwa binadamu wana jeni karibu 22,000 zilizosambazwa kwenye chromosomes 46.

Kielelezo 3.22 DNA Macrostructure Nguvu za DNA zimefungwa kuzunguka kusaidia histones. Protini hizi zinazidi kuzingatiwa na zimehifadhiwa ndani ya chromatin, ambazo zimejaa kwa ukali ndani ya chromosomes wakati kiini iko tayari kugawanya.

Replication ya DNA

Ili kiumbe kiweze kukua, kuendeleza, na kudumisha afya yake, seli lazima zizalie wenyewe kwa kugawa kuzalisha seli mbili mpya za binti, kila mmoja ikiwa na msaidizi kamili wa DNA kama inavyopatikana kwenye seli asilia. Mabilioni ya seli mpya huzalishwa kwa binadamu mzima kila siku. Aina chache tu za seli katika mwili hazigawanyiki, ikiwa ni pamoja na seli za neva, nyuzi za misuli ya mifupa, na seli za misuli ya moyo. Wakati wa mgawanyiko wa aina tofauti za seli hutofautiana. Seli za epithelial za ngozi na kitambaa cha utumbo, kwa mfano, hugawanya mara nyingi sana kuchukua nafasi ya wale ambao daima hupigwa mbali na uso kwa msuguano.

Molekuli ya DNA imeundwa kwa vipande viwili ambavyo “vinashirikiana” kwa maana kwamba molekuli zinazounda vipande vinafaa pamoja na kumfunga kwa kila mmoja, na kuunda molekuli ya mara mbili-stranded ambayo inaonekana sana kama ngazi ndefu, iliyopotoka. Helix hii mara mbili inaweza kujengwa kwa urahisi kwa sababu vipande viwili ni antiparallel, maana ya vipande viwili vinaendesha kwa njia tofauti. Kila reli ya upande wa ngazi ya DNA inajumuisha vikundi vya sukari na phosphate (Kielelezo 3.23). Pande mbili za ngazi hazifanani, lakini zinaongezea. Hizi backbones mbili ni bonded kwa kila mmoja katika jozi ya besi protruding, kila jozi bonded kutengeneza moja “rung,” au mwanachama msalaba. Msingi wa DNA nne ni adenine (A), thymine (T), cytosine (C), na guanine (G). Kwa sababu ya sura yao na malipo, misingi miwili ambayo kutunga jozi daima dhamana pamoja. Adenine daima hufunga na thymine, na cytosine daima hufunga na guanine. Mlolongo maalum wa besi pamoja na molekuli ya DNA huamua kanuni za maumbile. Kwa hiyo, ikiwa vipande viwili vya ziada vya DNA vilikuwa vunjwa mbali, unaweza kuingiza utaratibu wa besi katika kamba moja kutoka kwa misingi katika kamba nyingine, ya ziada. Kwa mfano, kama strand moja ina kanda na mlolongo AGTGCCT, basi mlolongo wa strand ya ziada itakuwa TCACGGA.

Kielelezo 3.23 Muundo wa Masi ya DNA Helix mbili ya DNA inajumuisha vipande viwili vya ziada. Mikanda huunganishwa pamoja kupitia jozi zao za msingi za nitrojeni kwa kutumia vifungo vya hidrojeni.

Replication ya DNA ni nakala ya DNA inayotokea kabla ya mgawanyiko wa seli kunaweza kutokea. Baada ya mjadala mkubwa na majaribio, njia ya jumla ya replication ya DNA ilitolewa mwaka 1958 na wanasayansi wawili huko California, Mathayo Meselson na Franklin Stahl. Njia hii inaonyeshwa kwenye Mchoro 3.24 na ilivyoelezwa hapo chini.

Kielelezo 3.24 DNA Replication DNA replication uaminifu marudio genome nzima ya seli. Wakati wa replication ya DNA, idadi ya enzymes tofauti hufanya kazi pamoja ili kuvuta vipande viwili hivyo kila strand inaweza kutumika kama template kuunganisha vipande vipya vya ziada. Molekuli mbili mpya za DNA za binti kila mmoja zina kamba moja iliyopo kabla na kamba moja iliyopangwa. Hivyo, replication DNA inasemekana kuwa “semiconservative.”

Hatua ya 1: Kuanzishwa. Vipande viwili vya ziada vinatenganishwa, kama vile kufungua zipper. Enzymes maalum, ikiwa ni pamoja na helicase, untwist na kutenganisha vipande viwili vya DNA.

Hatua ya 2: Kipengee. Kila strand inakuwa template ambayo strand mpya ya ziada imejengwa. DNA polymerase huleta misingi sahihi ili kuimarisha kamba ya template, kuunganisha msingi mpya wa msingi kwa msingi. Polymerase ya DNA ni enzyme inayoongeza nyukleotidi za bure hadi mwisho wa mlolongo wa DNA, na kufanya kamba mpya ya mara mbili. Kamba hii inayoongezeka inaendelea kujengwa mpaka imekwisha kukamilisha kikamilifu kamba ya template.

Hatua ya 3: Kusitishwa. Mara baada ya vipande viwili vya awali vimefungwa kwa vipande vyao wenyewe, vya kumaliza, vya ziada, replication ya DNA imesimamishwa na molekuli mbili mpya zinazofanana za DNA zimekamilika.

Kila molekuli mpya ya DNA ina kamba moja kutoka kwa molekuli ya awali na kamba moja iliyopangwa. Neno la namna hii ya kuiga ni “semiconservative,” kwa sababu nusu ya molekuli ya awali ya DNA huhifadhiwa katika kila molekuli mpya ya DNA. Utaratibu huu unaendelea hadi jenomu nzima ya kiini, inayosaidia nzima ya DNA ya kiumbe, itakapokwisha kuigwa. Kama unaweza kufikiria, ni muhimu sana kwamba DNA replication kuchukua nafasi kwa usahihi ili seli mpya katika mwili vyenye halisi sawa vifaa maumbile kama seli zao mzazi. Makosa yaliyofanywa wakati wa replication ya DNA, kama vile kuongeza kwa ajali ya nucleotide isiyofaa, ina uwezo wa kutoa jeni haifanyi kazi au haina maana. Kwa bahati nzuri, kuna taratibu zilizopo ili kupunguza makosa hayo. Mchakato wa kuchunguza DNA unaomba msaada wa enzymes maalum ambazo zinachunguza molekuli mpya ya synthesized kwa makosa na hurekebisha. Mara baada ya mchakato wa replication DNA ukamilika, kiini iko tayari kugawanya. Utachunguza mchakato wa mgawanyiko wa seli baadaye katika sura.

Interactive Link

Tazama video hii ili ujifunze kuhusu replication ya DNA. DNA replication kuendelea wakati huo huo katika maeneo kadhaa juu ya molekuli moja. Ni nini kinachotenganisha jozi ya msingi mwanzoni mwa replication ya DNA?