Nukleinsyrer spiller en viktig rolle i cellen, og sikrer dens vitale aktivitet og reproduksjon. Disse egenskapene gjør det mulig å kalle dem de nest viktigste biologiske molekylene etter proteiner. Mange forskere setter til og med DNA og RNA i første rekke, noe som antyder deres viktigste betydning for utviklingen av livet. Likevel er de skjebnebestemt til å ta andreplassen etter proteiner, fordi livsgrunnlaget er nettopp polypeptidmolekylet.
Nukleinsyrer er et annet livsnivå, mye mer komplekst og interessant på grunn av det faktum at hver type molekyl gjør en bestemt jobb for den. Dette bør ses nærmere på.
Konseptet med nukleinsyrer
Alle nukleinsyrer (DNA og RNA) er biologiske heterogene polymerer som er forskjellige i antall kjeder. DNA er et dobbelttrådet polymermolekyl som inneholdergenetisk informasjon om eukaryote organismer. Sirkulære DNA-molekyler kan inneholde arvelig informasjon fra enkelte virus. Dette er HIV og adenovirus. Det finnes også 2 spesielle typer DNA: mitokondrie og plastid (finnes i kloroplaster).
RNA har derimot mange flere typer, på grunn av nukleinsyrens ulike funksjoner. Det er kjernefysisk RNA, som inneholder arvelig informasjon om bakterier og de fleste virus, matrise (eller messenger RNA), ribosomal og transport. Alle er involvert enten i lagring av arvelig informasjon eller i genuttrykk. Det er imidlertid nødvendig å forstå mer detaljert hvilke funksjoner nukleinsyrer utfører i cellen.
Dobbeltstrenget DNA-molekyl
Denne typen DNA er et perfekt lagringssystem for arvelig informasjon. Et dobbelttrådet DNA-molekyl er et enkelt molekyl sammensatt av heterogene monomerer. Deres oppgave er å danne hydrogenbindinger mellom nukleotider i en annen kjede. Selve DNA-monomeren består av en nitrogenholdig base, en ortofosfatrester og en fem-karbon monosakkarid deoksyribose. Avhengig av hvilken type nitrogenholdig base som ligger til grunn for en bestemt DNA-monomer, har den sitt eget navn. Typer DNA-monomerer:
- deoksyribose med en ortofosfatrest og en adenylnitrogenbase;
- tymidin nitrogenbase med deoksyribose og en ortofosfatrest;
- cytosin-nitrogenbase, deoksyribose og ortofosfatrester;
- ortofosfat med deoksyribose og guanin nitrogenholdig rest.
Skriftlig, for å forenkle DNA-strukturskjemaet, er adenylresten betegnet som "A", guaninresten er betegnet som "G", tymidinresten er "T", og cytosinresten er "C ". Det er viktig at genetisk informasjon overføres fra det dobbelttrådete DNA-molekylet til messenger-RNA. Den har få forskjeller: her, som en karbohydratrest, er det ikke deoksyribose, men ribose, og i stedet for tymidyl-nitrogenbasen, forekommer uracil i RNA.
Struktur og funksjoner til DNA
DNA er bygget på prinsippet om en biologisk polymer, der én kjede er opprettet på forhånd i henhold til en gitt mal, avhengig av den genetiske informasjonen til foreldrecellen. DNA-nukleotider er her forbundet med kovalente bindinger. Deretter, i henhold til komplementaritetsprinsippet, blir andre nukleotider festet til nukleotidene til det enkelttrådete molekylet. Hvis begynnelsen i et enkeltstrenget molekyl er representert av nukleotidet adenin, vil det i den andre (komplementære) kjeden tilsvare tymin. Guanin er komplementært til cytosin. Dermed bygges et dobbelttrådet DNA-molekyl. Den ligger i kjernen og lagrer arvelig informasjon, som er kodet av kodoner - trillinger av nukleotider. Dobbelttrådet DNA-funksjoner:
- bevaring av arvelig informasjon mottatt fra foreldrecellen;
- genuttrykk;
- forebygging av mutasjonsendringer.
Betydningen av proteiner og nukleinsyrer
Det antas at funksjonene til proteiner og nukleinsyrer er vanlige, nemlig:de er involvert i genuttrykk. Selve nukleinsyren er deres lagringssted, og proteinet er sluttresultatet av å lese informasjon fra genet. Genet i seg selv er en del av ett integrert DNA-molekyl, pakket inn i et kromosom, hvor informasjon om strukturen til et bestemt protein registreres ved hjelp av nukleotider. Ett gen koder for aminosyresekvensen til bare ett protein. Det er proteinet som skal implementere den arvelige informasjonen.
Klassifisering av RNA-typer
Funksjonene til nukleinsyrer i cellen er svært forskjellige. Og de er mest tallrike når det gjelder RNA. Imidlertid er denne multifunksjonaliteten fortsatt relativ, fordi en type RNA er ansvarlig for en av funksjonene. I dette tilfellet er det følgende typer RNA:
- kjernefysisk RNA av virus og bakterier;
- matrise (informasjon) RNA;
- ribosom alt RNA;
- messenger RNA-plasmid (kloroplast);
- Kloroplast ribosom alt RNA;
- mitokondriell ribosom alt RNA;
- mitokondriell messenger-RNA;
- transfer RNA.
RNA-funksjoner
Denne klassifiseringen inneholder flere typer RNA, som er delt inn avhengig av plasseringen. Men i funksjonelle termer bør de bare deles inn i 4 typer: kjernefysisk, informasjonsmessig, ribosom alt og transport. Funksjonen til ribosom alt RNA er proteinsyntese basert på nukleotidsekvensen til messenger-RNA. Hvoriaminosyrer "bringes" til det ribosomale RNA, "strengt" på messenger-RNA, ved hjelp av en transport-ribonukleinsyre. Slik foregår syntesen i enhver organisme som har ribosomer. Strukturen og funksjonene til nukleinsyrer gir både bevaring av genetisk materiale og dannelsen av proteinsynteseprosesser.
Mitokondrielle nukleinsyrer
Hvis nesten alt er kjent om funksjonene i cellen utført av nukleinsyrer lokalisert i kjernen eller cytoplasmaet, så er det fortsatt lite informasjon om mitokondrie- og plastid-DNA. Spesifikke ribosomale og messenger-RNA-er er også funnet her. Nukleinsyrer DNA og RNA er tilstede her selv i de mest autotrofe organismer.
Kanskje nukleinsyren kom inn i cellen ved symbiogenese. Denne veien anses av forskere som den mest sannsynlige på grunn av mangelen på alternative forklaringer. Prosessen betraktes som følger: en symbiotisk autotrof bakterie kom inn i cellen i en viss periode. Som et resultat lever denne atomfrie cellen inne i cellen og gir den energi, men brytes gradvis ned.
I de innledende stadiene av evolusjonær utvikling flyttet sannsynligvis en symbiotisk ikke-nukleær bakterie mutasjonsprosesser i kjernen til vertscellen. Dette gjorde at genene som var ansvarlige for å lagre informasjon om strukturen til mitokondrielle proteiner, ble introdusert i nukleinsyren til vertscellen. Men foreløpig, hvilke funksjoner i cellen utføres av nukleinsyrer av mitokondriell opprinnelse,ikke mye informasjon.
Sannsynligvis syntetiseres noen proteiner i mitokondriene, hvis struktur ennå ikke er kodet av vertens kjernefysiske DNA eller RNA. Det er også sannsynlig at cellen trenger sin egen mekanisme for proteinsyntese bare fordi mange proteiner syntetisert i cytoplasmaet ikke kan komme gjennom den doble membranen i mitokondriene. Samtidig produserer disse organellene energi, og derfor, hvis det er en kanal eller en spesifikk bærer for proteinet, vil det være nok for bevegelse av molekyler og mot konsentrasjonsgradienten.
Plasmid-DNA og RNA
Platider (kloroplaster) har også sitt eget DNA, som sannsynligvis er ansvarlig for implementeringen av lignende funksjoner, slik tilfellet er med mitokondrielle nukleinsyrer. Den har også sitt eget ribosomale, messenger- og overførings-RNA. Dessuten er plastider, å dømme etter antall membraner, og ikke etter antall biokjemiske reaksjoner, mer kompliserte. Det hender at mange plastider har 4 lag med membraner, noe som er forklart av forskere på forskjellige måter.
En ting er åpenbart: funksjonene til nukleinsyrer i cellen er ennå ikke fullt ut studert. Det er ikke kjent hvilken betydning det mitokondrielle proteinsyntesesystemet og det analoge kloroplastiske systemet har. Det er heller ikke helt klart hvorfor celler trenger mitokondrielle nukleinsyrer hvis proteiner (åpenbart ikke alle) allerede er kodet i kjernefysisk DNA (eller RNA, avhengig av organismen). Selv om noen fakta tvinger oss til å være enige om at det proteinsyntetiserende systemet til mitokondrier og kloroplaster er ansvarlig for de samme funksjonene somog DNA fra kjernen og RNA til cytoplasma. De lagrer arvelig informasjon, reproduserer den og gir den videre til datterceller.
CV
Det er viktig å forstå hvilke funksjoner i cellen som utfører nukleinsyrer av nukleær, plastid og mitokondriell opprinnelse. Dette åpner for mange perspektiver for vitenskapen, fordi den symbiotiske mekanismen, som mange autotrofe organismer dukket opp i henhold til, kan reproduseres i dag. Dette vil gjøre det mulig å få tak i en ny type celle, kanskje til og med en menneskelig. Selv om det er for tidlig å snakke om utsiktene for introduksjon av multimembranplastidorganeller i cellene.
Det er mye viktigere å forstå at nukleinsyrer er ansvarlige for nesten alle prosesser i en celle. Dette er både proteinbiosyntese og bevaring av informasjon om cellens struktur. Dessuten er det mye viktigere at nukleinsyrer utfører funksjonen til å overføre arvelig materiale fra foreldreceller til datterceller. Dette garanterer videreutvikling av evolusjonære prosesser.
