Τα νουκλεϊκά οξέα παίζουν σημαντικό ρόλο στο κύτταρο, διασφαλίζοντας τη ζωτική του δραστηριότητα και την αναπαραγωγή του. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν δυνατό να τα αποκαλούμε ως τα δεύτερα πιο σημαντικά βιολογικά μόρια μετά τις πρωτεΐνες. Πολλοί ερευνητές βάζουν ακόμη και το DNA και το RNA στην πρώτη θέση, υπονοώντας την κύρια σημασία τους στην ανάπτυξη της ζωής. Ωστόσο, προορίζονται να πάρουν τη δεύτερη θέση μετά τις πρωτεΐνες, επειδή η βάση της ζωής είναι ακριβώς το μόριο του πολυπεπτιδίου.
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι ένα διαφορετικό επίπεδο ζωής, πολύ πιο περίπλοκο και ενδιαφέρον λόγω του γεγονότος ότι κάθε είδος μορίου κάνει μια συγκεκριμένη δουλειά γι 'αυτό. Αυτό πρέπει να εξεταστεί με περισσότερες λεπτομέρειες.
Η έννοια των νουκλεϊκών οξέων
Όλα τα νουκλεϊκά οξέα (DNA και RNA) είναι βιολογικά ετερογενή πολυμερή που διαφέρουν ως προς τον αριθμό των αλυσίδων. Το DNA είναι ένα δίκλωνο πολυμερές μόριο που περιέχειγενετικές πληροφορίες ευκαρυωτικών οργανισμών. Τα κυκλικά μόρια DNA μπορεί να περιέχουν τις κληρονομικές πληροφορίες ορισμένων ιών. Αυτοί είναι ο HIV και οι αδενοϊοί. Υπάρχουν επίσης 2 ειδικοί τύποι DNA: το μιτοχονδριακό και το πλαστίδιο (που βρίσκεται στους χλωροπλάστες).
Το
RNA, από την άλλη πλευρά, έχει πολλούς περισσότερους τύπους, λόγω των διαφορετικών λειτουργιών του νουκλεϊκού οξέος. Υπάρχει πυρηνικό RNA, το οποίο περιέχει τις κληρονομικές πληροφορίες των βακτηρίων και των περισσότερων ιών, μήτρα (ή αγγελιοφόρο RNA), ριβοσωμικό και μεταφορά. Όλα εμπλέκονται είτε στην αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών είτε στη γονιδιακή έκφραση. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες ποιες λειτουργίες επιτελούν τα νουκλεϊκά οξέα στο κύτταρο.
Μόριο δίκλωνου DNA
Αυτός ο τύπος DNA είναι ένα τέλειο σύστημα αποθήκευσης για κληρονομικές πληροφορίες. Ένα δίκλωνο μόριο DNA είναι ένα μονό μόριο που αποτελείται από ετερογενή μονομερή. Το καθήκον τους είναι να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ νουκλεοτιδίων άλλης αλυσίδας. Το ίδιο το μονομερές DNA αποτελείται από μια αζωτούχα βάση, ένα ορθοφωσφορικό υπόλειμμα και μια δεοξυριβόζη μονοσακχαρίτη πέντε άνθρακα. Ανάλογα με το είδος της αζωτούχου βάσης που βρίσκεται κάτω από ένα συγκεκριμένο μονομερές DNA, έχει το δικό του όνομα. Τύποι μονομερών DNA:
- δεοξυριβόζη με ορθοφωσφορικό υπόλειμμα και αζωτούχα αδενυλική βάση,
- αζωτούχα βάση θυμιδίνης με δεοξυριβόζη και ένα ορθοφωσφορικό υπόλειμμα,
- αζωτούχο βάση κυτοσίνης, υπόλειμμα δεοξυριβόζης και ορθοφωσφορικού;
- ορθοφωσφορικό με δεοξυριβόζη και αζωτούχο κατάλοιπο γουανίνης.
Γραπτά, για να απλοποιηθεί το σχήμα δομής του DNA, το υπόλειμμα αδενυλίου ορίζεται ως "A", το υπόλειμμα γουανίνης ορίζεται ως "G", το υπόλειμμα θυμιδίνης είναι "T" και το υπόλειμμα κυτοσίνης είναι "C ". Είναι σημαντικό η γενετική πληροφορία να μεταφέρεται από το δίκλωνο μόριο DNA στο αγγελιαφόρο RNA. Έχει λίγες διαφορές: εδώ, ως υπόλειμμα υδατάνθρακα, δεν υπάρχει δεοξυριβόζη, αλλά ριβόζη, και αντί για τη θυμιδυλική αζωτούχα βάση, εμφανίζεται η ουρακίλη στο RNA.
Δομή και λειτουργίες του DNA
Το
DNA βασίζεται στην αρχή ενός βιολογικού πολυμερούς, στο οποίο δημιουργείται εκ των προτέρων μία αλυσίδα σύμφωνα με ένα δεδομένο πρότυπο, ανάλογα με τις γενετικές πληροφορίες του γονικού κυττάρου. Τα νουκλεοτίδια του DNA συνδέονται εδώ με ομοιοπολικούς δεσμούς. Στη συνέχεια, σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, άλλα νουκλεοτίδια συνδέονται με τα νουκλεοτίδια του μονόκλωνου μορίου. Εάν σε ένα μονόκλωνο μόριο η αρχή αντιπροσωπεύεται από το νουκλεοτίδιο αδενίνη, τότε στη δεύτερη (συμπληρωματική) αλυσίδα θα αντιστοιχεί στη θυμίνη. Η γουανίνη είναι συμπληρωματική της κυτοσίνης. Έτσι, δημιουργείται ένα δίκλωνο μόριο DNA. Βρίσκεται στον πυρήνα και αποθηκεύει κληρονομικές πληροφορίες, οι οποίες κωδικοποιούνται από κωδικόνια - τρίδυμα νουκλεοτιδίων. Συναρτήσεις δίκλωνου DNA:
- διατήρηση κληρονομικών πληροφοριών που λαμβάνονται από το γονικό κύτταρο;
- γονιδιακή έκφραση;
- πρόληψη αλλαγών μεταλλάξεων.
Η σημασία των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων
Πιστεύεται ότι οι λειτουργίες των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων είναι κοινές, και συγκεκριμένα:εμπλέκονται στη γονιδιακή έκφραση. Το ίδιο το νουκλεϊκό οξύ είναι ο τόπος αποθήκευσης τους και η πρωτεΐνη είναι το τελικό αποτέλεσμα της ανάγνωσης πληροφοριών από το γονίδιο. Το ίδιο το γονίδιο είναι ένα τμήμα ενός ενιαίου μορίου DNA, συσκευασμένο σε ένα χρωμόσωμα, στο οποίο οι πληροφορίες σχετικά με τη δομή μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης καταγράφονται μέσω νουκλεοτιδίων. Ένα γονίδιο κωδικοποιεί την αλληλουχία αμινοξέων μιας μόνο πρωτεΐνης. Είναι η πρωτεΐνη που θα εφαρμόσει τις κληρονομικές πληροφορίες.
Ταξινόμηση τύπων RNA
Οι λειτουργίες των νουκλεϊκών οξέων στο κύτταρο είναι πολύ διαφορετικές. Και είναι πολυάριθμοι στην περίπτωση του RNA. Ωστόσο, αυτή η πολυλειτουργικότητα εξακολουθεί να είναι σχετική, επειδή ένας τύπος RNA είναι υπεύθυνος για μία από τις λειτουργίες. Σε αυτήν την περίπτωση, υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι RNA:
- πυρηνικό RNA ιών και βακτηρίων;
- μήτρα (πληροφορίες) RNA;
- ριβοσωμικό RNA;
- πλασμίδιο αγγελιοφόρου RNA (χλωροπλάστης);
- ριβοσωμικό RNA χλωροπλάστη;
- μιτοχονδριακό ριβοσωμικό RNA;
- μιτοχονδριακό αγγελιοφόρο RNA;
- transfer RNA.
Συναρτήσεις RNA
Αυτή η ταξινόμηση περιέχει διάφορους τύπους RNA, οι οποίοι χωρίζονται ανάλογα με την τοποθεσία. Ωστόσο, από λειτουργική άποψη, θα πρέπει να χωριστούν μόνο σε 4 τύπους: πυρηνικά, πληροφοριακά, ριβοσωμικά και μεταφορικά. Η λειτουργία του ριβοσωμικού RNA είναι η πρωτεϊνική σύνθεση με βάση τη νουκλεοτιδική αλληλουχία του αγγελιαφόρου RNA. Εντα αμινοξέα "φέρονται" στο ριβοσωμικό RNA, "στριμωγμένα" στο αγγελιοφόρο RNA, μέσω ενός ριβονουκλεϊκού οξέος μεταφοράς. Έτσι προχωρά η σύνθεση σε κάθε οργανισμό που έχει ριβοσώματα. Η δομή και οι λειτουργίες των νουκλεϊκών οξέων παρέχουν τόσο τη διατήρηση του γενετικού υλικού όσο και τη δημιουργία διαδικασιών πρωτεϊνοσύνθεσης.
Μιτοχονδριακά νουκλεϊκά οξέα
Αν είναι σχεδόν όλα γνωστά για τις λειτουργίες στο κύτταρο που εκτελούνται από τα νουκλεϊκά οξέα που βρίσκονται στον πυρήνα ή το κυτταρόπλασμα, τότε υπάρχουν ακόμα λίγες πληροφορίες για το μιτοχονδριακό και το πλαστιδικό DNA. Ειδικά ριβοσωμικά και αγγελιαφόρα RNA έχουν επίσης βρεθεί εδώ. Τα νουκλεϊκά οξέα DNA και RNA υπάρχουν εδώ ακόμη και στους πιο αυτότροφους οργανισμούς.
Ίσως το νουκλεϊκό οξύ εισήλθε στο κύτταρο με συμβιογένεση. Αυτό το μονοπάτι θεωρείται από τους επιστήμονες ως το πιο πιθανό λόγω της έλλειψης εναλλακτικών εξηγήσεων. Η διαδικασία θεωρείται ως εξής: ένα συμβιωτικό αυτότροφο βακτήριο εισήλθε μέσα στο κύτταρο σε μια ορισμένη περίοδο. Ως αποτέλεσμα, αυτό το κύτταρο χωρίς πυρηνικά ζει μέσα στο κύτταρο και του παρέχει ενέργεια, αλλά σταδιακά αποικοδομείται.
Στα αρχικά στάδια της εξελικτικής ανάπτυξης, πιθανώς, ένα συμβιωτικό μη πυρηνικό βακτήριο κινούσε διαδικασίες μετάλλαξης στον πυρήνα του κυττάρου ξενιστή. Αυτό επέτρεψε στα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την αποθήκευση πληροφοριών σχετικά με τη δομή των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών να εισαχθούν στο νουκλεϊκό οξύ του κυττάρου ξενιστή. Ωστόσο, προς το παρόν, ποιες λειτουργίες στο κύτταρο εκτελούνται από νουκλεϊκά οξέα μιτοχονδριακής προέλευσης,όχι πολλές πληροφορίες.
Πιθανώς, ορισμένες πρωτεΐνες συντίθενται στα μιτοχόνδρια, η δομή των οποίων δεν έχει ακόμη κωδικοποιηθεί από το πυρηνικό DNA ή το RNA του ξενιστή. Είναι επίσης πιθανό ότι το κύτταρο χρειάζεται τον δικό του μηχανισμό πρωτεϊνικής σύνθεσης μόνο επειδή πολλές πρωτεΐνες που συντίθενται στο κυτταρόπλασμα δεν μπορούν να περάσουν από τη διπλή μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Ταυτόχρονα, αυτά τα οργανίδια παράγουν ενέργεια και επομένως, εάν υπάρχει ένα κανάλι ή ένας συγκεκριμένος φορέας για την πρωτεΐνη, θα είναι αρκετό για την κίνηση των μορίων και ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης.
Πλασμιδικό DNA και RNA
Τα πλαστίδια (χλωροπλάστες) έχουν επίσης το δικό τους DNA, το οποίο πιθανώς είναι υπεύθυνο για την υλοποίηση παρόμοιων λειτουργιών, όπως συμβαίνει με τα μιτοχονδριακά νουκλεϊκά οξέα. Έχει επίσης το δικό του ριβοσωμικό, αγγελιοφόρο και μεταφορικό RNA. Επιπλέον, τα πλαστίδια, κρίνοντας από τον αριθμό των μεμβρανών και όχι από τον αριθμό των βιοχημικών αντιδράσεων, είναι πιο περίπλοκα. Συμβαίνει πολλά πλαστίδια να έχουν 4 στρώματα μεμβρανών, κάτι που εξηγείται από τους επιστήμονες με διαφορετικούς τρόπους.
Ένα πράγμα είναι προφανές: οι λειτουργίες των νουκλεϊκών οξέων στο κύτταρο δεν έχουν ακόμη μελετηθεί πλήρως. Δεν είναι γνωστό τι σημασία έχουν το μιτοχονδριακό σύστημα πρωτεϊνοσύνθεσης και το ανάλογο χλωροπλαστικό σύστημα. Δεν είναι επίσης απολύτως σαφές γιατί τα κύτταρα χρειάζονται μιτοχονδριακά νουκλεϊκά οξέα εάν οι πρωτεΐνες (προφανώς όχι όλες) είναι ήδη κωδικοποιημένες στο πυρηνικό DNA (ή RNA, ανάλογα με τον οργανισμό). Αν και ορισμένα γεγονότα μας αναγκάζουν να συμφωνήσουμε ότι το σύστημα πρωτεϊνοσύνθεσης των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών είναι υπεύθυνο για τις ίδιες λειτουργίες μεκαι DNA του πυρήνα και RNA του κυτταροπλάσματος. Αποθηκεύουν κληρονομικές πληροφορίες, τις αναπαράγουν και τις μεταβιβάζουν στα θυγατρικά κύτταρα.
CV
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ποιες λειτουργίες στο κύτταρο εκτελούν νουκλεϊκά οξέα πυρηνικής, πλαστιδικής και μιτοχονδριακής προέλευσης. Αυτό ανοίγει πολλές προοπτικές για την επιστήμη, γιατί ο συμβιωτικός μηχανισμός, σύμφωνα με τον οποίο εμφανίστηκαν πολλοί αυτότροφοι οργανισμοί, μπορεί να αναπαραχθεί σήμερα. Αυτό θα καταστήσει δυνατή την απόκτηση ενός νέου τύπου κυττάρου, ίσως ακόμη και ενός ανθρώπινου. Αν και είναι πολύ νωρίς για να μιλήσουμε για τις προοπτικές εισαγωγής πλαστιδικών οργανιδίων πολλαπλών μεμβρανών στα κύτταρα.
Είναι πολύ πιο σημαντικό να κατανοήσουμε ότι τα νουκλεϊκά οξέα είναι υπεύθυνα για όλες σχεδόν τις διεργασίες σε ένα κύτταρο. Αυτό είναι τόσο η βιοσύνθεση πρωτεϊνών όσο και η διατήρηση πληροφοριών σχετικά με τη δομή του κυττάρου. Επιπλέον, είναι πολύ πιο σημαντικό τα νουκλεϊκά οξέα να εκτελούν τη λειτουργία της μεταφοράς κληρονομικού υλικού από τα μητρικά κύτταρα στα θυγατρικά κύτταρα. Αυτό εγγυάται την περαιτέρω ανάπτυξη των εξελικτικών διαδικασιών.
