Maklumat

7.3: Struktur Prokariot - Biologi

7.3: Struktur Prokariot - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Adakah bentuk itu penting?

Ia berlaku jika anda adalah bakteria. Sel prokariotik dibezakan dengan bentuknya. Dan seperti yang anda boleh bayangkan, bentuk mungkin ada kaitan dengan mobiliti.

Struktur Prokariot

Kebanyakan sel prokariotik jauh lebih kecil daripada sel eukariotik. Walaupun ia kecil, sel prokariotik boleh dibezakan dengan bentuknya. Bentuk yang paling biasa ialah heliks, sfera, dan rod (lihat Rajah di bawah).

Bentuk Sel Prokariotik. Tiga bentuk sel prokariotik yang paling biasa ditunjukkan di sini.

Membran Plasma dan Dinding Sel

Seperti sel lain, sel prokariotik mempunyai membran plasma (lihat Rajah di bawah). Ia mengawal apa yang masuk dan keluar dari sel. Ia juga merupakan tapak banyak tindak balas metabolik. Sebagai contoh, respirasi selular dan fotosintesis berlaku dalam membran plasma.

Kebanyakan prokariot juga mempunyai dinding sel. Ia terletak di luar membran plasma. Ia memberikan kekuatan dan ketegaran kepada sel. Bakteria dan Archaea berbeza dalam susunan dinding selnya. Dinding sel Bakteria mengandungi peptidoglikan, terdiri daripada gula dan asid amino. Dinding sel kebanyakan Archaea kekurangan peptidoglikan.

Sel Prokariotik. Bahagian utama sel prokariotik ditunjukkan dalam rajah ini. Struktur yang dipanggil mesosom pernah dianggap sebagai organel. Lebih banyak bukti telah meyakinkan kebanyakan saintis bahawa ia bukan struktur sel yang benar sama sekali. Sebaliknya, ia seolah-olah menjadi artifak penyediaan sel. Ini adalah contoh yang baik tentang cara pengetahuan saintifik disemak apabila lebih banyak bukti tersedia. Bolehkah anda mengenal pasti setiap struktur yang dilabelkan?

Sitoplasma dan Struktur Sel

Di dalam membran plasma sel prokariotik terdapat sitoplasma. Ia mengandungi beberapa struktur, termasuk ribosom, sitoskeleton, dan bahan genetik. Ribosom adalah tapak di mana protein dibuat. Sitoskeleton membantu sel mengekalkan bentuknya. Bahan genetik biasanya merupakan satu gelung DNA. Mungkin juga terdapat kepingan DNA yang kecil dan bulat, dipanggil plasmid. (lihat Rajah di bawah). Sitoplasma mungkin mengandungi petak mikro juga. Ini adalah struktur kecil yang dikelilingi oleh protein. Mereka mengandungi enzim dan terlibat dalam proses metabolik.

DNA prokariotik. DNA sel prokariotik berada dalam sitoplasma kerana sel itu tidak mempunyai nukleus.

Struktur ekstraselular

Banyak prokariot mempunyai lapisan tambahan, dipanggil kapsul, di luar dinding sel. The kapsulmelindungi sel daripada bahan kimia dan daripada pengeringan. Ia juga membolehkan sel melekat pada permukaan dan sel lain. Oleh sebab itu, banyak prokariot boleh membentuk biofilm, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah di bawah. A biofilem ialah koloni prokariot yang melekat pada permukaan seperti batu atau tisu perumah. Plak melekit yang terkumpul pada gigi anda di antara memberus adalah biofilm. Ia terdiri daripada berjuta-juta bakteria.

Kebanyakan prokariot juga mempunyai struktur protein yang panjang dan nipis yang dipanggil flagela (tunggal, flagellum). Mereka meluas dari membran plasma. Flagela membantu prokariot bergerak. Mereka berputar mengelilingi tapak tetap, menyebabkan sel itu berguling dan jatuh. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah di bawah, prokariot mungkin mempunyai satu atau lebih flagela.

Biofilm bakteria. Biofilem yang sangat diperbesarkan yang ditunjukkan di sini ditemui pada kateter perubatan (tiub) yang dikeluarkan dari badan pesakit.

Variasi dalam Flagela Bakteria. Flagela dalam prokariot mungkin terletak pada satu atau kedua-dua hujung sel atau di sekelilingnya. Mereka membantu prokariot bergerak ke arah makanan atau menjauhi toksin.

Endospora

Banyak organisma membentuk spora untuk pembiakan. Sesetengah prokariot membentuk spora untuk hidup. Dipanggil endospora, ia terbentuk di dalam sel prokariotik apabila mereka berada di bawah tekanan. Tekanan boleh jadi sinaran UV, suhu tinggi atau bahan kimia yang keras. Endospora melampirkan DNA dan membantu ia bertahan dalam keadaan yang boleh membunuh sel. Endospora biasanya terdapat dalam tanah dan air. Mereka mungkin bertahan untuk jangka masa yang lama.

Ringkasan

  • Kebanyakan sel prokariotik jauh lebih kecil daripada sel eukariotik.
  • Sel prokariotik mempunyai dinding sel di luar membran plasmanya.
  • DNA prokariotik terdiri daripada satu gelung. Sesetengah prokariot juga mempunyai kepingan kecil, bulat DNA yang dipanggil plasmid.

Semakan

  1. Kenal pasti tiga bentuk sel prokariotik yang paling biasa.
  2. Terangkan sel prokariotik biasa.
  3. Apakah peranan flagella dan endospora dalam prokariot?

22.3 Metabolisme Prokariotik

Dalam bahagian ini, anda akan meneroka soalan berikut:

  • Apakah contoh keperluan makronutrien oleh prokariot, dan apakah kepentingannya?
  • Bagaimanakah prokariot memperoleh tenaga bebas dan karbon untuk proses kehidupan?
  • Apakah peranan prokariot dalam kitaran karbon dan nitrogen?

Sambungan untuk Kursus AP ®

Oleh kerana prokariot ialah organisma yang pelbagai secara metabolik, ia boleh berkembang dalam pelbagai persekitaran yang berbeza menggunakan pelbagai sumber tenaga dan karbon. Sesetengahnya adalah pengurai yang penting untuk kitaran nutrien dalam ekosistem, contohnya, kitaran karbon dan nitrogen. (Kemudian, kita akan meneroka dengan lebih mendalam peranan kitaran ini dalam ekosistem.) Banyak bakteria membentuk hubungan simbiotik dengan organisma lain contohnya, bakteria pengikat nitrogen hidup pada akar kekacang. Bakteria lain adalah patogen atau parasit yang menyebabkan penyakit.

Seperti semua sel, prokariot memerlukan makronutrien (termasuk karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, fosforus, dan sulfur) dan mikronutrien, seperti unsur logam daripada pertumbuhan dan fungsi enzim.

Sokongan Guru

Tiga mekanisme—pembiakan pantas, penggabungan semula genetik, dan mutasi—menimbulkan variasi genetik yang meluas yang terdapat dalam populasi prokariotik. Kepelbagaian genetik ini dicerminkan dalam penyesuaian pemakanan dan metabolik prokariot secara meluas. Seperti yang berlaku untuk semua organisma, prokariot boleh disusun mengikut keperluan pemakanan dan metabolik mereka, atau, bagaimana mereka memperoleh tenaga dan karbon yang diperlukan untuk membuat molekul organik yang merupakan blok binaan sel. Kepelbagaian pemakanan prokariot adalah lebih besar daripada eukariota. Walaupun semua mod pemakanan yang diperhatikan dalam eukariota juga diperhatikan dalam prokariot, terdapat beberapa mod pemakanan yang unik kepada populasi prokariotik. Mod ini termasuk chemoautotrophy dan photoheterotrophy.

Maklumat yang dibentangkan dan contoh yang diserlahkan dalam konsep sokongan bahagian yang digariskan dalam Idea Besar 2 Rangka Kerja Kurikulum Biologi AP ®. Objektif Pembelajaran AP ® yang disenaraikan dalam Rangka Kerja Kurikulum menyediakan asas yang telus untuk kursus AP ® Biologi, pengalaman makmal berasaskan inkuiri, aktiviti pengajaran dan soalan peperiksaan AP ®. Objektif pembelajaran menggabungkan kandungan yang diperlukan dengan satu atau lebih daripada tujuh amalan sains.

Idea Besar 2 Sistem biologi menggunakan tenaga bebas dan blok binaan molekul untuk berkembang, membiak, dan mengekalkan homeostasis dinamik.
Kefahaman Berkekalan 2.A Pertumbuhan, pembiakan dan penyelenggaraan sistem hidup memerlukan tenaga dan jirim bebas.
Pengetahuan Penting 2.A.2 Prokariot telah mengembangkan pelbagai strategi penangkapan tenaga, dan fotosintesis mula-mula berkembang dalam prokariot dan bertanggungjawab untuk penghasilan atmosfera beroksigen.
Amalan Sains 1.4 Pelajar boleh menggunakan perwakilan dan model untuk menganalisis situasi atau menyelesaikan masalah secara kualitatif dan kuantitatif.
Amalan Sains 3.1 Murid boleh mengemukakan soalan saintifik.
Objektif pembelajaran 2.4 Pelajar dapat menggunakan perwakilan untuk mengemukakan soalan saintifik tentang mekanisme dan ciri struktur yang membolehkan organisma menangkap, menyimpan dan menggunakan tenaga bebas.
Kefahaman Berkekalan 2.A Pertumbuhan, pembiakan dan penyelenggaraan sistem hidup memerlukan tenaga dan jirim bebas.
Pengetahuan Penting 2.A.2 Prokariot telah mengembangkan pelbagai strategi penangkapan tenaga, dan fotosintesis mula-mula berkembang dalam prokariot dan bertanggungjawab untuk penghasilan atmosfera beroksigen.
Amalan Sains 6.2 Pelajar boleh membina penerangan tentang fenomena berdasarkan bukti yang dihasilkan melalui amalan saintifik.
Objektif pembelajaran 2.5 Pelajar dapat membina penerangan tentang mekanisme dan ciri struktur sel yang membolehkan organisma menangkap, menyimpan atau menggunakan tenaga bebas.

Soalan Cabaran Amalan Sains mengandungi soalan ujian tambahan untuk bahagian ini yang akan membantu anda bersedia untuk peperiksaan AP. Soalan-soalan ini menangani standard berikut:
[APLO 4.7][APLO 4.10][APLO 4.23][APLO 2.28]

Keperluan Prokariot

Persekitaran dan ekosistem yang pelbagai di Bumi mempunyai pelbagai keadaan dari segi suhu, nutrien yang tersedia, keasidan, kemasinan dan sumber tenaga. Prokariot dilengkapi dengan sangat baik untuk menyara hidup mereka daripada pelbagai nutrien dan keadaan. Untuk hidup, prokariot memerlukan sumber tenaga, sumber karbon, dan beberapa nutrien tambahan.

Makronutrien

Sel pada dasarnya adalah himpunan makromolekul dan air yang tersusun dengan baik. Ingat bahawa makromolekul dihasilkan oleh pempolimeran unit yang lebih kecil yang dipanggil monomer. Untuk sel membina semua molekul yang diperlukan untuk mengekalkan kehidupan, mereka memerlukan bahan tertentu, secara kolektif dipanggil nutrien. Apabila prokariot tumbuh di alam semula jadi, mereka memperoleh nutrien mereka daripada persekitaran. Nutrien yang diperlukan dalam jumlah yang banyak dipanggil makronutrien, manakala yang diperlukan dalam jumlah yang lebih kecil atau surih dipanggil mikronutrien. Hanya segelintir unsur dianggap makronutrien—karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosforus dan sulfur. (Mnemonik untuk mengingati unsur-unsur ini ialah akronim CHONPS.)

Mengapakah makronutrien ini diperlukan dalam jumlah yang banyak? Mereka adalah komponen sebatian organik dalam sel, termasuk air. Karbon adalah unsur utama dalam semua makromolekul: karbohidrat, protein, asid nukleik, lipid, dan banyak sebatian lain. Karbon menyumbang kira-kira 50 peratus daripada komposisi sel. Nitrogen mewakili 12 peratus daripada jumlah berat kering sel biasa dan merupakan komponen protein, asid nukleik, dan juzuk sel lain. Kebanyakan nitrogen yang terdapat di alam adalah sama ada nitrogen atmosfera (N2) atau bentuk tak organik lain. Diatomik (N2) nitrogen, bagaimanapun, boleh ditukar kepada bentuk organik hanya oleh organisma tertentu, dipanggil organisma pengikat nitrogen. Kedua-dua hidrogen dan oksigen adalah sebahagian daripada banyak sebatian organik dan air. Fosforus diperlukan oleh semua organisma untuk sintesis nukleotida dan fosfolipid. Sulfur adalah sebahagian daripada struktur beberapa asid amino seperti sistein dan metionin, dan juga terdapat dalam beberapa vitamin dan koenzim. Makronutrien penting lain ialah kalium (K), magnesium (Mg), kalsium (Ca), dan natrium (Na). Walaupun unsur-unsur ini diperlukan dalam jumlah yang lebih kecil, ia sangat penting untuk struktur dan fungsi sel prokariotik.

Mikronutrien

Sebagai tambahan kepada makronutrien ini, prokariot memerlukan pelbagai unsur logam dalam jumlah yang kecil. Ini dirujuk sebagai mikronutrien atau unsur surih. Sebagai contoh, besi diperlukan untuk fungsi sitokrom yang terlibat dalam tindak balas pengangkutan elektron. Sesetengah prokariot memerlukan unsur lain—seperti boron (B), kromium (Cr), dan mangan (Mn)—terutamanya sebagai kofaktor enzim.

Cara-cara Prokariot Mendapat Tenaga

Prokariot boleh menggunakan sumber tenaga yang berbeza untuk menghimpunkan makromolekul daripada molekul yang lebih kecil. Fototrof (atau organisma fototrof) memperoleh tenaga mereka daripada cahaya matahari. Chemotrophs (atau organisma kemosintetik) memperoleh tenaga daripada sebatian kimia. Chemotrophs yang boleh menggunakan sebatian organik sebagai sumber tenaga dipanggil chemoorganotrophs. Mereka yang juga boleh menggunakan sebatian bukan organik sebagai sumber tenaga dipanggil chemolithotrophs.

Cara-cara Prokariot Mendapat Karbon

Prokariot bukan sahaja boleh menggunakan sumber tenaga yang berbeza tetapi juga sumber sebatian karbon yang berbeza. Ingat bahawa organisma yang dapat membetulkan karbon bukan organik dipanggil autotrof. Prokariot autotrof mensintesis molekul organik daripada karbon dioksida. Sebaliknya, prokariot heterotropik memperoleh karbon daripada sebatian organik. Untuk menjadikan gambar lebih kompleks, istilah yang menerangkan bagaimana prokariot memperoleh tenaga dan karbon boleh digabungkan. Oleh itu, fotoautotrof menggunakan tenaga daripada cahaya matahari, dan karbon daripada karbon dioksida dan air, manakala chemoheterotrophs memperoleh tenaga dan karbon daripada sumber kimia organik. Chemolitoautotrophs memperoleh tenaga mereka daripada sebatian tak organik, dan mereka membina molekul kompleks mereka daripada karbon dioksida. Jadual di bawah (Jadual 22.3) meringkaskan sumber karbon dan tenaga dalam prokariot.

Sumber tenaga Sumber Karbon
Cahaya Bahan kimia Karbon dioksida Sebatian organik
Fototrof Chemotrophs Autotrof Heterotrof
Bahan kimia organik Bahan kimia bukan organik
Kemo-organotrof Chemolithotrophs

Peranan Prokariot dalam Ekosistem

Prokariot ada di mana-mana: Tiada niche atau ekosistem di mana ia tidak hadir. Prokariot memainkan banyak peranan dalam persekitaran yang mereka duduki. Peranan yang mereka mainkan dalam kitaran karbon dan nitrogen adalah penting untuk kehidupan di Bumi.

Prokariot dan Kitaran Karbon

Karbon ialah salah satu makronutrien yang paling penting, dan prokariot memainkan peranan penting dalam kitaran karbon (Rajah 22.18). Karbon dikitar melalui takungan utama Bumi: tanah, atmosfera, persekitaran akuatik, sedimen dan batu, dan biojisim. Pergerakan karbon adalah melalui karbon dioksida, yang dikeluarkan dari atmosfera oleh tumbuhan darat dan prokariot marin, dan dikembalikan ke atmosfera melalui respirasi organisma kemoorganotropik, termasuk prokariot, kulat, dan haiwan. Walaupun takungan karbon terbesar dalam ekosistem daratan adalah dalam batuan dan sedimen, karbon itu tidak tersedia dengan mudah.

Sebilangan besar karbon tersedia terdapat dalam tumbuhan darat. Tumbuhan, yang merupakan pengeluar, menggunakan karbon dioksida dari udara untuk mensintesis sebatian karbon. Berkaitan dengan ini, satu sumber sebatian karbon yang sangat penting ialah humus, yang merupakan campuran bahan organik daripada tumbuhan mati dan prokariot yang telah menentang penguraian. Pengguna seperti haiwan menggunakan sebatian organik yang dihasilkan oleh pengeluar dan membebaskan karbon dioksida ke atmosfera. Kemudian, bakteria dan kulat, secara kolektif dipanggil pengurai, menjalankan penguraian (penguraian) tumbuhan dan haiwan serta sebatian organiknya. Penyumbang karbon dioksida yang paling penting kepada atmosfera ialah penguraian mikrob bahan mati (haiwan mati, tumbuhan, dan humus) yang mengalami pernafasan.

Dalam persekitaran akueus dan sedimen anoksiknya, terdapat satu lagi kitaran karbon yang berlaku. Dalam kes ini, kitaran adalah berdasarkan sebatian satu karbon. Dalam sedimen anoksik, prokariot, kebanyakannya archaea, menghasilkan metana (CH4). Metana ini bergerak ke zon di atas sedimen, yang lebih kaya dengan oksigen dan menyokong bakteria yang dipanggil pengoksida metana yang mengoksidakan metana kepada karbon dioksida, yang kemudiannya kembali ke atmosfera.

Prokariot dan Kitaran Nitrogen

Nitrogen adalah unsur yang sangat penting untuk kehidupan kerana ia adalah sebahagian daripada protein dan asid nukleik. Ia adalah makronutrien, dan secara semula jadi, ia dikitar semula daripada sebatian organik kepada ammonia, ion ammonium, nitrat, nitrit, dan gas nitrogen melalui pelbagai proses, kebanyakannya hanya dijalankan oleh prokariot. Seperti yang digambarkan dalam Rajah 22.19, prokariot adalah kunci kepada kitaran nitrogen. Kumpulan nitrogen terbesar yang terdapat dalam ekosistem daratan ialah nitrogen gas dari udara, tetapi nitrogen ini tidak boleh digunakan oleh tumbuhan, yang merupakan pengeluar utama. Nitrogen gas diubah, atau "ditetapkan" kepada bentuk yang lebih mudah didapati seperti ammonia melalui proses penetapan nitrogen. Ammonia boleh digunakan oleh tumbuhan atau ditukar kepada bentuk lain.

Satu lagi sumber ammonia ialah ammonifikasi, proses di mana ammonia dibebaskan semasa penguraian sebatian organik yang mengandungi nitrogen. Ammonia yang dibebaskan ke atmosfera, bagaimanapun, mewakili hanya 15 peratus daripada jumlah nitrogen yang dibebaskan selebihnya adalah sebagai N2 dan N2O. Ammonia dikatabolismekan secara anaerobik oleh beberapa prokariot, menghasilkan N2 sebagai produk akhir. Nitrifikasi ialah penukaran ammonium kepada nitrit dan nitrat. Nitrifikasi dalam tanah dilakukan oleh bakteria yang tergolong dalam genera Nitrosomas, Nitrobakter, dan Nitrospira. Bakteria melakukan proses sebaliknya, pengurangan nitrat dari tanah kepada sebatian gas seperti N.2O, TIDAK, dan N2, satu proses yang dipanggil denitrifikasi.


O'Donnell, M., Langston, L. & Stillman, B. Prinsip dan konsep replikasi DNA dalam bakteria, archaea dan eukarya. Pelabuhan Mata Air Sejuk. Perspek. biol. 5, a010108 (2013)

Costa, A., Hood, I. V. & Berger, J. M. Mekanisme untuk memulakan replikasi DNA selular. Annu. Rev. Biochem. 82, 25–54 (2013)

Duderstadt, K. E. & Berger, J. M. Rangka kerja struktur untuk pembukaan asal replikasi oleh faktor permulaan AAA+. Curr. Pendapat. Struktur. biol. 23, 144–153 (2013)

Tye, B. K. protein MCM dalam replikasi DNA. Annu. Rev. Biochem. 68, 649–686 (1999)

Remus, D. et al. Pemuatan bersepadu heksamer berganda Mcm2–7 di sekeliling DNA semasa pelesenan asal replikasi DNA. sel 139, 719–730 (2009)

Evrin, C. et al. Kompleks MCM2-7 heksamerik berganda dimuatkan ke DNA asal semasa pelesenan replikasi DNA eukariotik. Proc. Natl Acad. Sci. USA 106, 20240–20245 (2009)

Siddiqui, K., On, K. F. & Diffley, J. F. Mengawal replikasi DNA dalam eukarya. Pelabuhan Mata Air Sejuk. Perspek. biol. 5, a012930 (2013)

Heller, R. C. et al. Replikasi DNA yang bergantung kepada asal eukariotik secara in vitro mendedahkan tindakan berurutan kinase DDK dan S-CDK. sel 146, 80–91 (2011)

Yeeles, J. T., Deegan, T. D., Janska, A., Awal, A. & Diffley, J. F. Terkawal replikasi DNA eukariotik penembakan dengan protein yang telah disucikan. alam semula jadi 519, 431–435 (2015)

Tanaka, S. & Araki, H. Helikase pengaktifan dan penubuhan garpu replikasi pada asal kromosom replikasi. Pelabuhan Mata Air Sejuk. Perspek. biol. 5, a01037 (2013)

Tognetti, S., Riera, A. & Speck, C. Hidupkan enjin: cara helikas replikatif eukariotik MCM2–7 diaktifkan. Kromosoma 124, 13–26 (2015)

Ilves, I., Petojevic, T., Pesavento, J. J. & Botchan, M. R. Pengaktifan helikase MCM2–7 dengan kaitan dengan protein Cdc45 dan GINS. Mol. sel 37, 247–258 (2010)

Fu, Y. V. et al. Pintasan terpilih bagi sekatan jalan tertinggal oleh helikase DNA replikatif eukariotik. sel 146, 931–941 (2011)

Rothenberg, E., Trakselis, M. A., Bell, S. D. & Ha, T. Kekhususan substrat bercabang MCM melibatkan interaksi dinamik dengan ekor 5'. J. Biol. Kimia. 282, 34229–34234 (2007)

McGeoch, A. T., Trakselis, M. A., Laskey, R. A. & Bell, S. D. Organisasi kompleks MCM arkeologi pada DNA dan implikasi untuk mekanisme helikase. Struktur Alam. Mol. biol. 12, 756–762 (2005)

Costa, A. et al. Kekutuban pengikatan DNA, dimerisasi, dan pembentukan semula cincin ATPase dalam helikase CMG replika eukariotik. eLife 3, e03273 (2014)

Graham, B. W., Schauer, G. D., Leuba, S. H. & Trakselis, M. A. Pengecualian sterik dan pembungkusan untaian DNA yang dikecualikan berlaku di sepanjang laluan pengikatan luaran yang diskret semasa helicase MCM melonggarkan. Asid Nukleik Res. 39, 6585–6595 (2011)

Sun, J. et al. Cerapan struktur dan mekanistik ke dalam pemasangan dan fungsi dwi-heksamer Mcm2–7. Genes Dev. 28, 2291–2303 (2014)

Samel, S. A. et al. Pintu masuk DNA yang unik berfungsi untuk pemuatan terkawal helikas replika eukariotik MCM2–7 ke dalam DNA. Genes Dev. 28, 1653–1666 (2014)

Sun, J. et al. Struktur Cryo-EM bagi perantaraan pemuatan helikas yang mengandungi ORC-Cdc6-Cdt1–MCM2–7 yang terikat pada DNA. Struktur Alam. Mol. biol. 20, 944–951 (2013)

Costa, A. et al. Asas struktur untuk pengaktifan helikase MCM2-7 oleh GINS dan Cdc45. Struktur Alam. Mol. biol. 18, 471–477 (2011)

Hesketh, E. L. et al. DNA mendorong perubahan konformasi dalam kompleks penyelenggaraan minichromosome manusia rekombinan. J. Biol. Kimia. 290, 7973–7979 (2015)

Brewster, A. S. et al. Struktur kristal MCM archaeal hampir penuh: cerapan berfungsi untuk helikas heksamerik AAA+. Proc. Natl Acad. Sci. USA 105, 20191–20196 (2008)

Bae, B. et al. Cerapan tentang seni bina helikase replikatif daripada struktur homolog MCM kuno. Struktur 17, 211–222 (2009)

Slaymaker, I. M. et al. Kompleks penyelenggaraan kromosom mini membentuk filamen untuk merombak struktur dan topologi DNA. Asid Nukleik Res. 41, 3446–3456 (2013)

Fletcher, R. J. et al. Struktur dan fungsi MCM dari archaeal M. thermoautotrophicum . Struktur Alam. biol. 10, 160–167 (2003)

Froelich, C. A., Kang, S., Epling, L. B., Bell, S. P. & Enemark, E. J. Unsur pengikat DNA untai tunggal MCM yang dipelihara adalah penting untuk permulaan replikasi. eLife 3, e01993 (2014)

Fu, Y., Slaymaker, I. M., Wang, J., Wang, G. & Chen, X. S. Struktur kristal 1.8-Å domain terminal N bagi MCM arkeologi sebagai filamen tangan kanan. J. Mol. biol. 426, 1512–1523 (2014)

Liu, W., Pucci, B., Rossi, M., Pisani, F. M. & Ladenstein, R. Analisis struktur bagi Sulfolobus solfataricus Domain terminal N protein MCM. Asid Nukleik Res. 36, 3235–3243 (2008)

Miller, J. M., Arachea, B. T., Epling, L. B. & Enemark, E. J. Analisis struktur kristal bagi heksamer MCM yang aktif. eLife 3, e03433 (2014)

Cuesta, I. et al. Penyusunan semula konformasi antigen T besar SV40 semasa peristiwa replikasi awal. J. Mol. biol. 397, 1276–1286 (2010)

Vijayraghavan, S. & Schwacha, A. Helikase replika eukariotik Mcm2–7. Subsel. Biokim. 62, 113–134 (2012)

Bochman, M. L., Bell, S. P. & Schwacha, A. Subunit organisasi Mcm2–7 dan peranan tapak aktif yang tidak sama dalam hidrolisis dan daya maju ATP. Mol. sel. biol. 28, 5865–5873 (2008)

Evrin, C. et al. Kompleks ORC/Cdc6/MCM2–7 memudahkan dimerisasi MCM2–7 semasa pembentukan kompleks prareplikasi. Asid Nukleik Res. 42, 2257–2269 (2014)

Slaymaker, I. M. & Chen, X. S. struktur dan mekanik MCM: perkara yang telah kami pelajari daripada MCM kuno. Subsel. Biokim. 62, 89–111 (2012)

Bochman, M. L. & Schwacha, A. Kompleks Mcm: melepaskan mekanisme helikas replikatif. mikrobiol. Mol. biol. Rev. 73, 652–683 (2009)

Shima, N. et al. Alel Mcm4 yang berdaya maju menyebabkan ketidakstabilan kromosom dan adenokarsinoma susu pada tikus. Genet Alam. 39, 93–98 (2007)

Hardy, C. F., Dryga, O., Seematter, S., Pahl, P. M. & Sclafani, R. A. mcm5/cdc46-bob1 memintas keperluan untuk pengaktif fasa S Cdc7p. Proc. Natl Acad. Sci. USA 94, 3151–3155 (1997)

Bleichert, F., Botchan, M. R. & Berger, J. M. Struktur kristal kompleks pengecaman asal eukariotik. alam semula jadi 519, 321–326 (2015)

Enemark, E. J. & Joshua-Tor, L. Mekanisme translokasi DNA dalam helikase heksamerik replikatif. alam semula jadi 442, 270–275 (2006)

Kang, S., Warner, M. D. & Bell, S. P. Pelbagai fungsi untuk motif ATPase Mcm2–7 semasa permulaan replikasi. Mol. sel 55, 655–665 (2014)

Coster, G., Frigola, J., Beuron, F., Morris, E. P. & Diffley, J. F. Pelesenan asal memerlukan pengikatan ATP dan hidrolisis oleh helicase replikatif MCM. Mol. sel 55, 666–677 (2014)

Bell, S. D. & Botchan, M. R. Helikase replika penyelenggaraan minichromosome. Pelabuhan Mata Air Sejuk. Perspek. biol. 5, a012807 (2013)

Jenkinson, E. R. & Chong, J. P. Aktiviti helikas penyelenggaraan minichromosome dikawal oleh motif terminal N dan C dan memerlukan sisipan helix-2 domain ATPase. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 7613–7618 (2006)

Gai, D., Zhao, R., Li, D., Finkielstein, C. V. & Chen, X. S. Mekanisme perubahan konformasi untuk helikase heksamerik replika SV40 antigen tumor besar. sel 119, 47–60 (2004)

Pada, K. F. et al. Kompleks prareplikasi dipasang secara in vitro menyokong replikasi DNA yang bergantung kepada asal dan bebas. EMBO J. 33, 605–620 (2014)

Bruck, I. & Kaplan, D. L. Kinase Dbf4-Cdc7 menggalakkan pembukaan gelang Mcm2–7 untuk membolehkan penyemperitan DNA untai tunggal dan pemasangan helikas. J. Biol. Kimia. 290, 1210–1221 (2015)

Bruck, I. & Kaplan, D. L. Cdc45 interaksi DNA untai tunggal protein adalah penting untuk menghentikan helikase semasa tekanan replikasi. J. Biol. Kimia. 288, 7550–7563 (2013)

Fien, K. et al. Penggunaan primer oleh DNA polimerase α-primase dipengaruhi oleh interaksinya dengan Mcm10p. J. Biol. Kimia. 279, 16144–16153 (2004)

Eisenberg, S., Korza, G., Carson, J., Liachko, I. & Tye, B. K. Novel DNA sifat mengikat protein Mcm10 daripada Saccharomyces cerevisiae . J. Biol. Kimia. 284, 25412–25420 (2009)

Janke, C. et al. Kotak alat serba boleh untuk penandaan gen yis berasaskan PCR: protein pendarfluor baharu, lebih banyak penanda dan kaset penggantian promoter. Yis 21, 947–962 (2004)

Zhai, Y., Yung, P. Y., Huo, L. & Liang, C. Cdc14p menetapkan semula kecekapan pelesenan replikasi dengan menyahfosforilasi pelbagai protein permulaan semasa keluar mitosis dalam yis tunas. J. Sel Sci. 123, 3933–3943 (2010)

Scheres, S. H. Pandangan Bayesian mengenai penentuan struktur cryo-EM. J. Mol. biol. 415, 406–418 (2012)

Li, X. et al. Pengiraan elektron dan pembetulan gerakan teraruh rasuk membolehkan cryo-EM zarah tunggal resolusi hampir atom. Kaedah Alam 10, 584–590 (2013)

Shaikh, T. R. et al. Pemprosesan imej SPIDER untuk pembinaan semula zarah tunggal makromolekul biologi daripada mikrograf elektron. Protokol Alam Semula Jadi 3, 1941–1974 (2008)

Mindell, J. A. & Grigorieff, N. Penentuan tepat nyahfokus setempat dan kecondongan spesimen dalam mikroskop elektron. J. Struktur. biol. 142, 334–347 (2003)

Chen, S. et al. Penggantian hingar beresolusi tinggi untuk mengukur overfitting dan mengesahkan resolusi dalam penentuan struktur 3D dengan cryomicroscopy elektron zarah tunggal. Ultramikroskopi 135, 24–35 (2013)

Heymann, J. B. & Belnap, D. M. Bsoft: pemprosesan imej dan pemodelan molekul untuk mikroskop elektron. J. Struktur. biol. 157, 3–18 (2007)

Pettersen, E. F. et al. UCSF Chimera–sistem visualisasi untuk penyelidikan dan analisis penerokaan. J. Pengiraan. Kimia. 25, 1605–1612 (2004)

Mount, D. W. Menggunakan Alat Carian Penjajaran Setempat Asas (BLAST). Protokol CSH. 2007, pdb.top17 (2007)

Buchan, D. W., Minneci, F., Nugent, T. C., Bryson, K. & Jones, D. T. Perkhidmatan web boleh skala untuk Meja Kerja Analisis Protein PSIPRED. Asid Nukleik Res. 41, W349–W357 (2013)

Stein, N. CHAINSAW: program untuk memutasi fail pdb yang digunakan sebagai templat dalam penggantian molekul. J. Appl. Crystallogr. 41, 641–643 (2008)

Winn, M. D. et al. Gambaran keseluruhan tentang PKC4 suite dan perkembangan semasa. Acta Crystallogr. D 67, 235–242 (2011)

Emsley, P., Lohkamp, ​​B., Scott, W. G. & Cowtan, K. Ciri dan pembangunan Coot. Acta Crystallogr. D 66, 486–501 (2010)

Afonine, P. V. et al. Ke arah penghalusan struktur kristalografi automatik dengan phenix.refine. Acta Crystallogr. D 68, 352–367 (2012)

Adams, P. D. et al. PHENIX: sistem berasaskan Python yang komprehensif untuk penyelesaian struktur makromolekul. Acta Crystallogr. D 66, 213–221 (2010)

Wang, Z. et al. Model atom virus mozek brome menggunakan pengesanan elektron langsung dan pengoptimuman ruang nyata. Komuniti Alam. 5, 4808 (2014)

Zhao, M. et al. Cerapan mekanistik tentang mesin kitar semula kompleks SNARE. alam semula jadi 518, 61–67 (2015)

Amunts, A. et al. Struktur subunit ribosom besar mitokondria yis. Sains 343, 1485–1489 (2014)

Chen, V. B. et al. MolProbity: pengesahan struktur semua atom untuk kristalografi makromolekul. Acta Crystallogr. D 66, 12–21 (2010)

Schrodinger, L. L. C. Sistem Grafik Molekul PyMOL v.1.3r1. (2010)

Krissinel, E. & Henrick, K. Inferens himpunan makromolekul daripada keadaan kristal. J. Mol. biol. 372, 774–797 (2007)

Hall, T. A. BioEdit: editor penjajaran jujukan biologi mesra pengguna dan program analisis untuk Windows 95/98/NT. Siri Simposium Asid Nukleik 41, 95–98 (1999)

Wei, Z. et al. Pencirian dan penentuan struktur domain pengikatan Cdt1 bagi penyelenggaraan minichromosome manusia (Mcm) 6. J. Biol. Kimia. 285, 12469–12473 (2010)


Perbincangan

Dalam sel eukariotik, ubiquitination memainkan peranan penting untuk homeostasis dengan menandakan protein untuk degradasi proteasomal [28]. Walaupun subset bakteria juga mempunyai gen untuk proteasome 20S, asas molekul penandaan protein untuk degradasi adalah jauh berbeza daripada ubiquitination [2]. Eukariotik ubiquitination melibatkan perlekatan ubiquitin protein globular kecil kepada lisin substrat. Sebaliknya, Pup ialah protein bercelaru intrinsik yang menggunakan struktur yang jelas hanya apabila berinteraksi dengan rakan pengikatnya seperti ligase PafA [13], proteasomal ATPase Mpa [12] dan berdasarkan tahap jujukan dan homologi struktur yang tinggi. juga Dop depupilase [27] (Rajah 6).

Sifat tidak teratur Pup yang diikat secara kovalen pada substrat membolehkan interaksi dengan pasangan pengikat Pup yang berbeza. Perwakilan skematik tingkah laku tidak teratur Pup (merah) dalam bentuk bebasnya dan apabila dilekatkan pada substrat (kelabu). Sifat Pup yang tidak teratur secara intrinsik dalam bentuk bebas dan juga substrat yang diikat membolehkan interaksi dengan berbilang pasangan pengikat seperti ligase PafA (biru), deamidase/depupylase Dop (hijau), mikobakteria proteasomal ATPase Mpa (oren) atau rakan kongsi interaksi berpotensi tambahan yang tidak diketahui

Walau bagaimanapun, manakala konformasi Pup dalam bentuk bebasnya dan semasa terikat pada jentera pupilasi dan degradasi telah diterangkan dalam satu siri kajian struktur [9-13], keadaan konformasi Pup apabila dilekatkan secara kovalen pada protein substrat kekal tidak diketahui. Konformasi Pup dalam konteks ini mempunyai kepentingan berfungsi, kerana ia boleh mengubah keutamaan untuk satu pasangan mengikat berbanding yang lain, yang seterusnya akan memberi kesan ke atas nasib protein sasaran yang diubah suai dengan Pup. Sebagai alternatif, dalam menerima pakai konformasi berbeza pada permukaan substrat, Pup boleh menjadikan permukaan mengikat Pup yang diperlukan untuk interaksi dengan Mpa atau Dop tidak tersedia, sekali gus bertindak dalam mod perencatan.

NMR ialah kaedah yang ideal untuk menangani keadaan konformasi Anak Anjing terikat substrat, kerana ia melaporkan keseluruhan ensembel konformasi yang wujud bersama dan juga menyediakan ukuran fleksibiliti dan dinamiknya. Menggunakan kaedah ini, kami menunjukkan bahawa Pup kekal tidak teratur apabila secara kovalen melekat pada dua substrat degradasi proteasomal yang dicirikan dengan baik PanB dan FabD. Julat serakan yang sempit untuk anjakan kimia 1 HN dan 15 N, yang serupa dengan yang diperhatikan secara percuma Pup yang dilekatkan pada lisin tunggal, menunjukkan bahawa Pup yang ditambat pada sasaran protein hadir sebagai ensemble konformasi terungkap dan bukannya membentangkan satu. atau beberapa keadaan terlipat. Malah, kecenderungan heliks sederhana yang terdapat di kawasan C-terminal Pup bebas (baki 50–58) nampaknya berkurangan apabila Pup dikaitkan dengan FabD seperti yang dibuktikan oleh peningkatan anjakan kimia dalam resonans 1 HN dan 15 N dan menurun 13 anjakan Cα. Oleh itu, anak anjing yang dikaitkan dengan FabD atau PanB kekal tersedia secara konformasi dan boleh diakses sepenuhnya oleh rakan kongsi interaksi yang berbeza. Untuk mengesahkan lagi penemuan ini secara biokimia, kami membandingkan pertalian Pup untuk PafA dalam keadaan bebas dan berkaitan substrat untuk mengukur ketersediaan konformasi kompeten mengikat Pup berkaitan substrat. Hakikat bahawa pemalar pertalian tidak berubah dengan ketara apabila Pup diikat kepada FabD atau PanB seterusnya menyokong bahawa Pup berkaitan substrat mempunyai keadaan konformasi yang serupa dengan Pup percuma. Walaupun dalam kes depupylase Dop, di mana halangan sterik disebabkan bahagian protein substrat protein pupil telah ditunjukkan [7, 29], Pup ditambatkan ke Pup

FabD kekal boleh diakses untuk alur pengikat pada Dop seperti yang dibuktikan oleh pemalar pengikatan yang agak ketat iaitu 157.4 nM.

Ciri khas pada permukaan protein substrat, seperti alur yang panjang dan boleh diakses dengan sisa-sisa pelengkap rantai sisi yang dipaparkan pada satu muka regangan heliks yang dihuni sementara dalam separuh terminal C Pup berpotensi memerangkap keadaan konformasi tertentu Pup. Interaksi sedemikian kemudiannya akan serupa sifatnya dengan interaksi antara Pup dan domain mengikat Pup sebenar seperti alur mengikat Pup pada PafA atau domain gegelung bergelung pada Mpa. Walau bagaimanapun, ini dijangka menjadi pengecualian dan bukannya peraturan, kerana sukar untuk dibayangkan disebabkan oleh kepelbagaian sifat pupilom bagaimana setiap protein ini boleh mengekalkan tapak pengikat Pup tertentu pada permukaannya berhampiran lisin yang diubah suai. .

Penemuan kami menyokong hipotesis bahawa nasib dua substrat degradasi yang disahkan, FabD dan PanB, tidak ditentukan oleh keadaan konformasi khusus Pup pada substrat tetapi oleh kepekatan relatif dan ketersediaan pasangan mengikat Pup. Sebagai contoh, peningkatan tahap Mpa akan memihak kepada kemerosotan manakala peningkatan tahap Dop akan menyelamatkan substrat pupil daripada kemusnahan.

Walau bagaimanapun, ini tidak sepatutnya difahami bermaksud bahawa substrat pupil berkelakuan seperti Pup bebas dalam interaksinya dengan enzim pupilasi dan proteasome. Kami telah menunjukkan sebelum ini bahawa bahagian protein substrat sama ada boleh menambah interaksi menguntungkan yang tidak spesifik, seperti kes degradasi oleh kompleks Mpa-proteasome [22], atau boleh memperkenalkan unsur halangan sterik seperti yang telah kami dan orang lain tunjukkan untuk tindak balas depupilasi. dimangkin oleh Dop [7, 29].


7.3: Struktur Prokariot - Biologi

Dalam prokariot, replikasi DNA bermula apabila protein pemula mengikat asal replikasi, kawasan kecil DNA yang mengandungi urutan asas tertentu, mewujudkan kompleks.

Kompleks ini membantu untuk memisahkan DNA pada mulanya. Kemudian enzim DNA helikase mengikatnya dan terus melepaskan DNA dengan memecahkan ikatan hidrogen antara helai pelengkap. Kawasan yang baru dibuka distabilkan oleh protein pengikat DNA untai tunggal. Setiap satu kini boleh berfungsi sebagai templat untuk sintesis untaian DNA baharu.

Pelepasan dan sintesis diteruskan dalam kedua-dua arah dari asal, mewujudkan dua garpu replikasi. Di hadapan garpu, enzim topoisomerase mengikat DNA dan mengurangkan ketegangan kilasan apabila molekul itu terlepas.

Setelah helai dipisahkan, enzim lain, primase, mensintesis primer RNA, regangan pendek RNA pelengkap kepada urutan DNA. Primer menyediakan tempat untuk enzim DNA polimerase untuk menambah nukleotida pelengkap kepada jujukan DNA, mewujudkan untaian DNA baharu dalam proses yang dipanggil pemanjangan.

DNA polimerase mensintesis DNA dalam lima prima hingga tiga arah prima molekul, jadi sintesis untaian ini, untaian utama, diteruskan secara berterusan. Helai yang lain, helai yang ketinggalan, mempunyai orientasi yang bertentangan. Akibatnya DNA disintesis dalam kepingan pendek yang dipanggil serpihan Okazaki, memanjang daripada primer RNA tambahan ke belakang dari arah keseluruhan pergerakan garpu replikasi.

Primer RNA kemudiannya dikeluarkan oleh enzim seperti RNA, digantikan dengan DNA, dan serpihan DNA disatukan oleh enzim DNA ligase, mewujudkan untaian berterusan.

Replikasi DNA berlaku di sekeliling keseluruhan molekul, menghasilkan dua molekul DNA bulat. Ini dianggap sebagai proses semikonservatif, kerana setiap molekul mengandungi satu helai lama dan satu helai baru.

13.5: Replikasi dalam Prokariot

Gambaran keseluruhan

Replikasi DNA mempunyai tiga langkah utama: inisiasi, pemanjangan, dan penamatan. Replikasi dalam prokariot bermula apabila protein pemula terikat pada asal tunggal replikasi (ori) pada kromosom bulat sel&rsquos. Replikasi kemudiannya berjalan mengelilingi seluruh bulatan kromosom dalam setiap arah dari dua garpu replikasi, menghasilkan dua molekul DNA.

Banyak Protein Bekerja Bersama untuk Meniru Kromosom

Replikasi diselaraskan dan dijalankan oleh pelbagai protein khusus. Topoisomerase memecahkan satu sisi tulang belakang gula fosfat DNA beruntai dua, membolehkan heliks DNA berehat dengan lebih cepat, manakala helikas memutuskan ikatan antara pasangan asas di garpu, memisahkan DNA kepada dua helai templat. Protein yang mengikat molekul DNA untai tunggal menstabilkan helai apabila garpu replikasi bergerak di sepanjang kromosom. DNA hanya boleh disintesis dalam arah 5&rsquo hingga 3&rsquo, jadi satu helai templat&mdash helai utama&mdashi memanjang secara berterusan, manakala helai lain&mdashhelai tertinggal&mdashi disintesis dalam kepingan yang lebih pendek daripada 1000-2000 pasangan asas dipanggil Okazaki.

Pelbagai Polimerase Mengambil Bahagian dalam Pemanjangan

Kebanyakan penyelidikan untuk memahami replikasi DNA prokariotik telah dilakukan dalam bakteria Escherichia coli, organisma model yang biasa digunakan. E coli mempunyai 5 polimerase DNA: Pol I, II, III, IV, dan V. Pol III bertanggungjawab untuk majoriti replikasi DNA. Ia boleh mempolimerkan kira-kira 1,000 pasangan asas sesaat. Kepantasan yang menakjubkan ini membolehkan jentera yang ada pada dua garpu replikasi untuk menduplikasi E coli kromosom&mdash4.6 juta pasangan asas&mdashin kira-kira 40 minit. DNA polimerase I juga dicirikan dengan baik peranan utamanya adalah untuk mengeluarkan primer RNA dari permulaan serpihan Okazaki pada helai tertinggal.

Apabila Bahagian Melebihi Pertindihan

Di bawah keadaan pertumbuhan yang menggalakkan, E coli akan membahagi setiap 20 minit, kira-kira separuh daripada jumlah masa yang diperlukan untuk mereplikasi genom. Bagaimanakah ini boleh berlaku apabila kedua-dua sel anak perempuan mesti mempunyai DNA mereka sendiri? Para saintis mendapati bahawa bakteria boleh memulakan satu lagi pusingan replikasi DNA dari asal replikasi sebelum pusingan pertama selesai ini bermakna bahawa sel anak menerima kromosom yang sudah dalam proses disalin dan bersedia untuk membahagi semula dengan cepat.


7.3: Struktur Prokariot - Biologi

Ringkasan Artikel:

Pengekodan asid ribonukleik Messenger atau mRNA untuk penghasilan protein. mRNA dihasilkan daripada templat DNA melalui proses yang dikenali sebagai transkripsi. MRNA ini membawa semua kod yang diperlukan yang diperlukan untuk sintesis protein kepada sitoplasma. Di sini dalam sitoplasma dengan bantuan protein ribosom dihasilkan. Sama seperti DNA, mRNA juga mengandungi maklumat genetik dalam urutan nukleotida yang disusun menjadi kodon. Setiap kodon terdiri daripada tiga bes, dan mereka mengekod untuk asid amino tertentu. Hanya kodon henti menamatkan sintesis protein. Proses ini memerlukan dua jenis RNA, pemindahan RNA untuk mengenali kodon dan juga menyediakan asid amino yang sepadan, dan RNA ribosom ialah komponen pusat proses sintesis protein ribosom, yang juga dipanggil sebagai terjemahan.

Struktur RNA Messenger - mRNA:-

RNA Messenger ialah struktur beruntai tunggal, tanpa pasangan asas. Ia mengandungi asas seperti adenine, guanin, sitosin dan urasil. Oleh kerana mRNA ditranskripsikan daripada molekul DNA, urutannya adalah pelengkap kepada DNA di mana ia ditranskripsikan. Biasanya setiap gen menyalin mRNAnya sendiri oleh itu mungkin terdapat 1000 hingga 10000 jenis mRNA yang berbeza mungkin terdapat dalam satu sel.

Molekul mRNA mempunyai ciri-ciri struktur berikut:
1. Cap: Ia hadir pada hujung 5' molekul mRNA dalam kebanyakan sel eukariotik
Kadar sintesis protein bergantung pada kehadiran penutup. Tanpa penutup molekul mRNA mengikat sangat lemah kepada ribosom kilang penghasil protein.

2. Rantau bukan pengekodan 1 (NC1). Had diikuti oleh kawasan 10 hingga 100
nukleotida. Rantau ini kaya dengan asas adenin dan urasil, dan ia tidak mengodkan sebarang protein sehingga dinamakan rantau bukan pengekodan.

3. Kodon Permulaan: AUG ialah kodon permulaan dalam kedua-dua prokariot dan eukariota.

4. Rantau pengekodan: Ini terdiri daripada kira-kira 1,500 nukleotida secara purata dan
diterjemahkan ke dalam protein berfungsi.

Perbezaan antara mRNA Prokariotik dan Eukariotik:

1. MRNA bagi banyak jenis bakteria dan bakteriofaj adalah poligenik, iaitu satu mRNA ditranskripsikan oleh beberapa gen struktur operon. Ia juga mengandungi banyak tapak untuk kodon permulaan dan penamatan. Itu adalah mRNA tunggal boleh mengekod beberapa molekul protein yang berbeza.

Manakala semua mRNA eukariotik yang diketahui hanya mendapat satu tapak untuk permulaan dan juga penamatan sintesis protein. Oleh itu mRNA eukariotik adalah bersifat monocistronik.
2. Dalam kebanyakan sel bakteria, terjemahan mRNA bermula semasa mRNA masih ditranskripsikan daripada molekul DNA.
Manakala dalam eukariota mRNA yang dihasilkan daripada templat DNA mula-mula diangkut ke dalam sitoplasma melalui liang nuklear, kemudian ia membentuk kompleks dengan ribosom, kemudian protein disintesis. Oleh itu, proses terjemahan meminta hanya selepas transkripsi mRNA selesai.

3. Jangka hayat mRNA prokariotik adalah sangat singkat. Molekul mRNA sentiasa dipecahkan kepada ribonukleotidanya oleh enzim yang dikenali sebagai ribonucleases. Dalam E.coli purata separuh hayat mRNA hanya kira-kira dua minit. Iaitu pada satu hujung mRNA mungkin sedang terdegradasi dan pada hujung yang lain terjemahan boleh berlaku serentak. Jangka hayat mRNA yang pendek membolehkan prokariot mensintesis protein atau enzim yang berbeza sebagai tindak balas kepada perubahan dalam persekitaran luaran.

MRNA eukariota mempunyai jangka hayat yang lebih lama daripada mRNA bakteria. Iaitu mRNA eukariotik adalah stabil secara metabolik. Contohnya retikulosit mamalia mensintesis protein walaupun selepas beberapa jam atau hari selepas kehilangan nukleusnya.

4. Dalam prokariot mRNA mengalami perubahan pasca transkrip yang sangat sedikit dan juga terdapat selang masa yang sangat singkat antara proses transkripsi dan translasi. Contohnya terjemahan mungkin berlaku serentak semasa transkripsi berlaku pada satu hujung molekul mRNA.
Dalam eukariota, mRNA yang ditranskripsi mengalami pengubahsuaian pasca transkrip yang besar.

a. Poliadenilasi pada hujung 3' mRNA. Rantai poli adenil ini membantu dalam memberikan kestabilan kepada molekul mRNA.

b. Penutupan atau pembentukan penutup pada hujung 5' dengan pemeluwapan sisa guanylate

c. MRNA yang ditranskripsi hadir dalam nukleus sebelum pengubahsuaian pasca transkrip dipanggil sebagai mRNA heterogen. MRNA heterogen ini terdiri daripada kedua-dua kawasan intron dan ekson. Kemudian dengan bantuan mekanisme penghirisan mRNA matang dihasilkan yang hanya terdiri daripada kawasan pengekodan. Oleh itu mRNA matang hanyalah sebahagian kecil daripada panjang molekul mRNA heterogen.

Ini adalah beberapa perbezaan utama antara molekul mRNA prokariotik dan eukariotik.

Perihal Pengarang / Maklumat Tambahan:

Penafian Penting: Semua artikel di laman web ini adalah untuk maklumat umum sahaja dan bukan nasihat profesional atau pakar. Kami tidak bertanggungjawab untuk ketepatan atau kesahihan maklumat yang dibentangkan dalam artikel ini, atau sebarang kehilangan atau kecederaan akibat daripadanya. Kami tidak menyokong artikel ini, kami tidak bergabung dengan pengarang artikel ini dan tidak bertanggungjawab ke atas kandungannya. Sila lihat bahagian penafian kami untuk syarat lengkap.


Enzim yang Terlibat dalam Replikasi DNA | Prokariot

The following points highlight the seven important enzymes involved in the process of DNA replication of prokaryotes. Enzim tersebut ialah: 1. DNA Polimerase 2. Primase 3. Polynucleotide Ligase 4. Endonucleases 5. Pilot Proteins 6. Helicase 7. Single-Strand Binding (SSB) Protein.

Enzyme # 1. DNA Polymerase:

DNA polymerase is the chief enzyme of DNA replication. DNA polymerase activity was discovered by Kornberg in 1956 this activity was due to DNA polymerase I. E. coli has four more enzymes, DNA polymerase II, III (Table. 28.1), IV and V DNA polymerase III (Pol III) is concerned with DNA replication, while the remaining four enzymes are involved in DNA repair.

All DNA polymerases require the following:

(2) A short primer (either RNA or DNA), and

(3) A free 3′ -OH in the primer.

They add one nucleotide at a time to the free 3′ -OH of the primer, and extend the primer chain in 5′ → 3′ direction.

DNA polymerase I enzyme provides the major part of activity in E. coli. It is chiefly a DNA repair enzyme, and is used for in vitro DNA replication.

This enzyme has the following three activities:

(i) The 5′ → 3′ polymerase activity is responsible for primer extension or DNA synthesis.

(ii) The 5′ → 3′ exonuclease activity is involved in excision of DNA strands during DNA repair it removes

10 bases at a time. An exonuclease digests nucleic acids (here DNA) from one end, and it does not cut DNA internally.

(iii) The 3′ → 5′ exonuclease activity is responsible for proof-reading.

In this case, only one nucleotide is removed at a time. The polymerase action does commit errors in DNA synthesis. DNA polymerase is known to scrutinize the new bases added to the growing chain and to delete or remove the wrong bases this is called proof-reading. Proof-reading activity reduces errors in replication by over 100 – fold.

DNA polymerase I is encoded by gene polA, has a single polypeptide, and can initiate replication in vitro at a nick in a DNA duplex. It can be cleaved by proteolytic treatments into a large and a small fragments. This large fragment, called Klenow fragment, lacks 5′ → 3′ exonuclease activity and is used for in vitro DNA replication.

DNA polymerase II enzyme functions in DNA-repair. It has 5′ → 3′ polymerase and 3′ → 5′ exonuclease activities, and uses as template only such DNA duplexes that have short gaps.

DNA polymerase III enzyme is responsible for DNA replication in vivo. It has 5’→ 3′ polymerase and 3’→ 5′ exonuclease activities. It catalyzes DNA synthesis at very high rates, e.g., 15,000 bases/min at 37°C. It is composed of several subunits. A DNA polymerase molecule has the following 4 functional sites involved in polymerase activity (Fig. 28.15).

(i) Template site binds the strand serving as template during replication.

(ii) Primer site binds to the primer used for DNA replication.

(iii) Primer terminus site binds only to such primers that have free 3′ -OH.

(iv) The nucleotide triphosphate site binds to the deoxynucleotide 5′-triphosphate that is comple­mentary to the corresponding nucleotide of the template. It also catalyzes the formation of phosphodiester bond between the 5′ phosphate of this nucleotide and the 3′ -OH of the terminal primer nucleotide.

[In addition, the polymerase mole-cule has (5) a 3′ → 5′ exonuclease site and (6) a 5’→ 3′ exo­nuclease site (in case of DNA polymerase I only)].

In case of eukaryotes, at least nine different DNA polymerases are found Table 28.2 lists the properties of five of these enzymes. DNA polymerase δ replicates the leading strand, while DNA polymerase ϵ synthesizes the lagging strand.

DNA polymerase α catalyzes priming of both the strands. DNA polymerases ξ, η, τ, and k are all nuclear DNA repair enzymes. DNA polymerase y is found in mitochondria and catalyzes replication of mtDNA.

Enzyme # 2. Primase:

This enzyme activity catalyzes the synthesis of RNA primers to initiate DNA replication. In E. coli, DnaG functions as primase. But in eukaryotes, DNA polymerase α provides this function. There are, however, several other ways in which primers are produced, e.g., the 3′-OH generated by a nick in the template DNA molecule.

Enzyme # 3. Polynucleotide Ligase:

DNA ligase or polynucleotide ligase catalyzes the formation of phosphodiester linkage between two immediate neighbour nucleotides of a DNA strand. Thus it seals the nicks remaining in a DNA strand either following DNA replication or DNA repair. However, this enzyme cannot fill the gaps in DNA strands.

Enzyme # 4. Endonucleases:

An endonuclease produces an internal cut (single- or double-stranded) in a DNA molecule. But a restriction endonuclease produces cuts only at those sites that have a specific base sequence. During DNA replication, an endonuclease may induce a nick to initiate DNA replication, or it may induce nicks to generate a swivel for DNA unwinding. Restriction endonucleases are required for DNA repair.

Enzyme # 5. Pilot Proteins:

Pilot proteins are produced by most viruses. The type of pilot proteins associated with viral genome determines whether the viral DNA will undergo replication or it would support transcription.

Enzyme # 6. Helicase:

Helicase effects strand separation at the forks and uses one ATP molecule for each base that is separated. In E. coli, DNA functions as helicase this protein is a hexamer and it moves with the replication fork.

Enzyme # 7. Single-Strand Binding (SSB) Protein:

SSB protein binds to single-stranded DNA, and prevents it from forming duplex DNA or secondary structures. SSB binds as a monomer, but it binds cooperatively in that binding of one SSB molecule facilitates binding of more SSB monomers to the same DNA strand. E. coli SSB is a tetramer.


Prokariot ialah organisma bersel tunggal yang terdiri daripada bakteria. Tidak seperti sel eukariotik, ia kurang berstruktur, mengandungi tiada nukleus, dan kekurangan organel terikat membran. Dan kerana bersel tunggal, prokariot juga tidak mempunyai mitokondria.

Malah, dalam erti kata yang longgar, mereka berfungsi sebagai “mitokondria” sendiri. Dengan kata lain, mitokondria adalah sebahagian daripada sel eukariotik, yang menurut kajian saintifik berkembang daripada bakteria nenek moyang.

Teori Endosymbiosis (Sumber: Wikimedia) Lynn Margulis (Sumber: Wikimedia) Mitokondria dan kloroplas (organel fotosintesis) dalam eukariota adalah keturunan prokariot aerobik yang diketahui. Pada tahun 1967, saintis Lynn Margulis published her Endosimbiosis teori tentang pembentukan sel eukariotik serta asal usul organel yang terkandung di dalamnya.

Untuk menerangkan asal usul mitokondria dan kloroplas, dia mencadangkan bahawa mereka pernah menjadi prokariot hidup bebas yang diselubungi oleh sel eukariotik yang lebih besar.

  • Dari masa ke masa, organel menjadi satu dengan sel-sel tersebut, namun kekal berbeza secara genetik daripada perumah mereka. Satu bukti penting untuk tuntutan ini ialah kehadiran bahan genetik yang unik dalam eukariota’ mitokondria dan kloroplas.
  • Margulis menambah bahawa kehidupan itu sendiri, oleh itu, mengatasi dunia bukan dengan pertempuran, tetapi dengan rangkaian.


Cells - Prokaryotic Cell Structure and Function

The vast majority of cells on Earth are prokariotik, so we are in the minority. Do you feel outnumbered?

If prokaryotes weren't so ugly, they would be kind of cute:

There are two major kinds of prokaryotes:

As you may have read earlier in this unit, biologists now estimate that each human being carries nearly 20 times more bacterial, or prokaryotic, cells in his or her body than human, or eukaryotic, cells. If that statistic overwhelms you, rest assured that most of these bacteria are trying to help you, not hurt you.

Numerically, there are 20 times more prokaryotic cells on Earth than there are eukaryotic cells. This is only a minimum estimate, however, because there are trillions upon trillions of bacterial cells that are not associated with eukaryotic organisms.

In addition, all archaea are prokaryotic, too. As is the case for bacteria, it is unknown how many archaean cells are on Earth, but the number is sure to be astronomical. In all, eukaryotic cells make up only a very small fraction of the total number of cells on Earth. Jadi. who runs this place, again?

There are four main structures shared by all prokaryotic cells, bacterial or archaean:


  1. Membran plasma
  2. Sitoplasma
  3. Ribosom
  4. Genetic material (DNA and RNA)

Some prokaryotic cells also have other structures like the cell wall, pili (singular "pillus"), and flagella (singular "flagellum"). Each of these structures and cellular components plays a critical role in the growth, survival, and reproduction of prokaryotic cells.

Prokaryotic Plasma Membrane

Prokaryotic cells can have multiple plasma membranes. Prokaryotes known as "bakteria gram-negatif," for example, often have two plasma membranes with a space between them known as the periplasm. As in all cells, the plasma membrane in prokaryotic cells is responsible for controlling what gets into and out of the cell.

A series of proteins stuck in the membrane (poor fellas) also aids prokaryotic cells in communicating with the surrounding environment. Among other things, this communication can include sending and receiving chemical signals from other bacteria and interacting with the cells of eukaryotic organisms during the process of jangkitan. Infection, by the way, is the kind of thing that you jangan want prokaryotes doing to you.

Keep in mind that the plasma membrane is universal to semua cells, prokaryotic and eukaryotic. Because this cellular component is so important and so common, it is addressed in great detail in its own In Depth subsection.

Prokaryotic Cytoplasm

The sitoplasma in prokaryotic cells is a gel-like, yet fluid, substance in which all of the other cellular components are suspended. Think Jell-O for cells. It is very similar to the eukaryotic cytoplasm, except that it does bukan contain organelles.

Recently, biologists have discovered that prokaryotic cells have a complex and functional sitoskeleton similar to that seen in eukaryotic cells 2 . The cytoskeleton helps a prokaryotic cell to divide and to maintain its plump, round shape. As is the case in eukaryotic cells, the cytoskeleton is the framework along which particles in the cell—including proteins, ribosomes, and small rings of DNA called plasmids—move around. It's the cell's "highway system" suspended in Jell-O.

Prokaryotic Ribosomes

Prokaryotic ribosomes are smaller and have a slightly different shape and composition than those found in eukaryotic cells. Bacterial ribosomes, for instance, have about half of the amount of RNA ribosom (rRNA) and one-third fewer ribosomal proteins (53 vs.

83) than eukaryotic ribosomes have 3 . Despite these differences, the function of the prokaryotic ribosome is virtually identical to the eukaryotic version. Just like in eukaryotic cells, prokaryotic ribosomes build proteins by translating messages sent from DNA.

Prokaryotic Genetic Material

All prokaryotic cells contain large quantities of bahan genetik in the form of DNA dan RNA. Because prokaryotic cells, by definition, do bukan have a nucleus, a single large circular strand of DNA containing most of the genes needed for cell growth, survival, and reproduction is found in the cytoplasm.

ini chromosomal DNA tends to look like a mess of string in the middle of the cell:

Transmission electron micrograph image (Source)

Usually, the DNA is spread throughout the entire cell, where it is readily accessible to be transcribed into RNA messenger (mRNA) that is immediately translated by ribosomes into protein. Sometimes, when biologists prepare prokaryotic cells for viewing under a microscope, the DNA will condense in one part of the cell to produce a darkened area called a nukleoid.

As in eukaryotic cells, the prokaryotic chromosome is intimately associated with special proteins involved in maintaining the chromosomal structure and regulating gene expression.

In addition to a single large piece of chromosomal DNA, many prokaryotic cells also contain small pieces of DNA called plasmid. These circular rings of DNA are replicated independently of the kromosom and can be transferred from one prokaryotic cell to another through pili, which are small projections of the cell membrane that can form physical channels with the pili of adjacent cells.

The transfer of plasmids between one cell and another is often referred to as "bacterial sex." Sounds dirty.

The genes for antibiotic resistance, or the gradual ineffectiveness of antibiotics in populations, are often carried on plasmids. If these plasmids get transferred from resistant cells to nonresistant cells, bacterial infection in populations can become much harder to control. For example, it was recently learned that the superbug MRSA, or multidrug-resistant Staphylococcus aureus, received some of its drug-resistance genes on plasmids 4 .

Prokaryotic cells are often viewed as "simpler" or "less complex" than eukaryotic cells. In some ways, this is true. Prokaryotic cells usually have fewer visible structures, and the structures they do have are smaller than those seen in eukaryotic cells.

Do not be fooled. Just because prokaryotic cells seem "simple" does not mean that they are somehow inferior to or lower than eukaryotic cells and organisms. Making this assumption can get you into some serious trouble.

Biologists are now learning that bacteria are able to communicate and collaborate with one another on a level of complexity that rivals any communication system ever developed by humans 5 . Take that, Facebook and Twitter! Prokaryotes sure showed you.

In addition, some archaean cells are able to thrive in environments so hostile that no eukaryotic cell would survive for more than a few seconds 6 . You try living in a hot spring, salt lake, volcano, or even deep underground.Prokaryotic cells are also able to pull off stuff that eukaryotic cells could only dream of, in part because of their increased simplicity. Being bigger and more complex is not always better.

These cells and organisms are just as adapted to their local conditions as any eukaryote and, in that sense, are just as “evolved” as any other living organism on earth.

Snek Otak

One kind of bacterial communication, also known as quorum sensing, is where small chemical signals are used to count how many bacteria there are. Hear more about it here.


Tonton video: BAGIAN-BAGIAN PENYUSUN SEL PROKARIOTIK (Disember 2022).