发现DNA和蛋白质产量之间的关系

图1:苯丙氨酸代谢途径。

苯丙氨酸代谢产生maleylacetoacetate四步生化反应。缺乏homogentisate homogentisate氧化酶导致积聚,导致生产黑色的尿液。

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1902年,出版了他的阿奇博尔德·加罗德表明观察病人的尿液变黑。患者这种情况,被称为尿黑酸尿有形成一种化学物质叫homogentisate,导致雀斑的尿液。Homogentisate积累会导致极端的联合疼痛和恶化严重,关节置换通常所需的50岁在现代临床环境。Garrod的生物化学知识,特别的生化途径产生homogentisate,帮助他提出的一个重要假说解释黑尿状况的根本原因。

通常情况下,大量的过剩氨基酸通过四个步骤的苯丙氨酸是人体代谢的生化反应,收益率maleylacetoacetate(图1)。中间代谢物的出现,影响病人的尿液homogentisate导致·加罗德表明推测酶负责其在苯丙氨酸的崩溃新陈代谢homogentisate氧化酶途径,在这些患者必须有缺陷。此外,由于黑尿表型遵循一个孟德尔隐性推断遗传模式,·加罗德表明基因必须负责生产的有缺陷的酶。Homogentisate在苯丙氨酸代谢途径中的地位进一步表明,条件可以与其他遗传疾病,如苯丙酮酸尿(北大)和tyrosinosis。

Garrod的命题,把有缺陷的酶有缺陷的基因,是第一个表明之间的直接联系基因和蛋白质。考虑到核是已知的房子吗遗传物质,它已经被确认为脱氧核糖核酸(DNA),随后几个调查人员表明,细胞核也可以的中心区域蛋白质组装。一系列开创性的实验,包括总结在下面几节中,反驳了这个最初的假设关于蛋白质。

的单细胞藻类伞藻发挥了重要作用阐明蛋白质合成。在其生命周期的一部分,伞藻呈现一个不同寻常的伞状形式,在此期间细胞完全的核位于边界内的空间不同的“脚”称为假根。这种安排偶然创造了一个机会,原子核可以删除没有重大损害细胞。然后,删除后核包含假根,随着时间的推移可以测量细胞的蛋白的生产。

如果细胞核蛋白生产的网站,那么这样的生产应该立即停止伞藻在切除假根。然而,研究人员意外发现阐明伞藻细胞可以存活数月,虽然在这些细胞蛋白质合成只持续大约两周后假根去除(1953年Hammerling坚持认为,1963)。因为这个实验表明细胞产生新的蛋白质的能力不尽快结束其核移除,它还表明,细胞核不是主要具有细胞的细胞器。尽管如此,本研究提出了一些其他角色的细胞核长期产生蛋白质的能力。

图2:越来越多核糖体的染色体大肠杆菌。

箭头指定调查人员相信RNA聚合酶是坐在哪里,或附近的一个基因的起始点。沿着染色体,可以看到越来越多核糖体。

©1970美国科学促进会。米勒,o . L。et al。细菌基因的可视化。科学 169年,392 - 395 (1970)。保留所有权利。

和其他几个虽然·加罗德表明科学家们展示了一个明确的基因之间的联系(这是已知的在细胞核染色体上)和蛋白质,这个链接的确切性质保持神秘的一段时间。研究人员想知道染色体直接参与蛋白的生产。如果是这样,一个期望一些DNA会发现除了细胞核,细胞质,至少一些时间。然而,没有证据表明DNA核外曾经被发现。因此,独家本地化的DNA核只能与蛋白质合成在细胞质中如果有某种中间messenger-a物质”“在细胞核的DNA和蛋白质生产机械在细胞质中。雌猎犬的早期作品(1942)和其他建议另一种类型的核酸,核糖核酸(核糖核酸),可能是中介。几块的证据牵连RNA蛋白质的生产,包括以下几点:

• RNA在细胞核和细胞质中。
• RNA与蛋白质浓度生产。
• 细胞产生大量的蛋白胞质染色——和radiation-absorbing区域表明核酸的存在。
• 治疗核糖核酸酶的细胞(一种酶,这种酶分解RNA)降低了细胞的染料,radiation-absorbing地区。

RNA的识别关键的DNA和蛋白质之间缺失的环节随后证实了细胞分离实验中,不同部位的细胞分离和检测。在这些实验中,细胞细胞溶解,或者打开,洗涤剂,然后用高速旋转离心,分离不同的细胞成分与不同的物理特性。通过这种方法,研究人员获得一系列不同的分数,最重的,包括细胞的细胞核,后跟一个线粒体分数,然后一小部分包括其他膜性细胞器(如内质网),最后一个微粒体分数较小的粒子。当这些不同的分数进行蛋白的生产活动,它是发现,大多数的新与细胞器蛋白质合成相关的不是分数,而是与微粒体分数。

识别所需的微粒体中蛋白质合成分数来源极近距离观察分数的组件。当微粒体分数由电子显微镜检查治疗前后与核糖核酸酶,研究人员注意到,大多数的RNA的分数与小点状的细胞器现在被称为核糖体(图2)。核糖体已经被证实是蛋白质合成的“工作台”。后来电子显微镜显示,核糖体分布信使RNA (信使核糖核酸)链像珍珠在一个字符串,从而使多个副本同时合成的一种蛋白质。mRNA-bound核糖体称为集群多核糖体,简称多核糖体。

Brenner,雅各,Meselson(1961)建议mRNA附着核糖体成立作为一种一次性DNA的复制,意味着服务之间的信使的角色在细胞核和细胞质中的核糖体DNA。事实上,信使rna分子起源于细胞核,他们在哪里建基于DNA序列作为模板合成。信使rna分子然后从细胞核,细胞质扩散,与核糖体和遗传信息翻译成蛋白质。这一系列过程,将至关重要遗传密码从DNA通过信使rna蛋白质已经完成中心法则现代分子生物学。