Nukleinsyrer spiller en vigtig rolle i cellen og sikrer dens vitale aktivitet og reproduktion. Disse egenskaber gør det muligt at kalde dem de næstvigtigste biologiske molekyler efter proteiner. Mange forskere sætter endda DNA og RNA i første række, hvilket antyder deres vigtigste betydning for livets udvikling. Ikke desto mindre er de bestemt til at indtage andenpladsen efter proteiner, fordi livsgrundlaget netop er polypeptidmolekylet.
Nukleinsyrer er et andet livsniveau, meget mere komplekst og interessant på grund af det faktum, at hver slags molekyle gør et bestemt arbejde for det. Dette bør undersøges nærmere.
Begrebet nukleinsyrer
Alle nukleinsyrer (DNA og RNA) er biologiske heterogene polymerer, der adskiller sig i antallet af kæder. DNA er et dobbeltstrenget polymermolekyle, der indeholdergenetisk information om eukaryote organismer. Cirkulære DNA-molekyler kan indeholde arvelig information fra nogle vira. Disse er HIV og adenovira. Der er også 2 specielle typer DNA: mitokondrie og plastid (findes i kloroplaster).
RNA har derimod mange flere typer på grund af nukleinsyrens forskellige funktioner. Der er nuklear RNA, som indeholder arvelig information om bakterier og de fleste vira, matrix (eller messenger RNA), ribosomal og transport. Alle er involveret enten i lagring af arvelig information eller i genekspression. Det er dog nødvendigt at forstå mere detaljeret, hvilke funktioner nukleinsyrer udfører i cellen.
Dobbeltstrenget DNA-molekyle
Denne type DNA er et perfekt opbevaringssystem til arvelig information. Et dobbeltstrenget DNA-molekyle er et enkelt molekyle sammensat af heterogene monomerer. Deres opgave er at danne brintbindinger mellem nukleotider i en anden kæde. Selve DNA-monomeren består af en nitrogenholdig base, en orthophosphatresten og en fem-carbon monosaccharid deoxyribose. Afhængigt af hvilken type nitrogenholdig base, der ligger til grund for en bestemt DNA-monomer, har den sit eget navn. Typer af DNA-monomerer:
- deoxyribose med en orthophosphatrest og en adenyl nitrogenbase;
- thymidin-nitrogenbase med deoxyribose og en orthophosphatrest;
- cytosin nitrogenbase, deoxyribose og orthophosphatrester;
- orthophosphat med deoxyribose og guanin nitrogenholdig rest.
For at forenkle DNA-strukturskemaet er adenylresten på skrift betegnet som "A", guaninresten er betegnet som "G", thymidinresten er "T", og cytosinresten er "C". ". Det er vigtigt, at genetisk information overføres fra det dobbeltstrengede DNA-molekyle til messenger-RNA. Den har få forskelle: her er der som kulhydratrest ikke deoxyribose, men ribose, og i stedet for thymidyl-nitrogenbasen forekommer uracil i RNA.
DNA's struktur og funktioner
DNA er bygget efter princippet om en biologisk polymer, hvor én kæde er skabt på forhånd i henhold til en given skabelon, afhængigt af den genetiske information i modercellen. DNA-nukleotider er her forbundet med kovalente bindinger. Derefter, ifølge komplementaritetsprincippet, er andre nukleotider knyttet til nukleotiderne i det enkeltstrengede molekyle. Hvis begyndelsen i et enkeltstrenget molekyle er repræsenteret af nukleotidet adenin, vil det i den anden (komplementære) kæde svare til thymin. Guanin er komplementær til cytosin. Således bygges et dobbeltstrenget DNA-molekyle. Det er placeret i kernen og lagrer arvelig information, som er kodet af kodoner - tripletter af nukleotider. Dobbeltstrengede DNA-funktioner:
- bevarelse af arvelig information modtaget fra forældrecellen;
- genekspression;
- forebyggelse af mutationsændringer.
Betydningen af proteiner og nukleinsyrer
Det menes, at funktionerne af proteiner og nukleinsyrer er almindelige, nemlig:de er involveret i genekspression. Selve nukleinsyren er deres opbevaringssted, og proteinet er slutresultatet af at læse information fra genet. Genet i sig selv er en del af ét integreret DNA-molekyle, pakket ind i et kromosom, hvori information om strukturen af et bestemt protein registreres ved hjælp af nukleotider. Et gen koder for aminosyresekvensen af kun ét protein. Det er proteinet, der vil implementere den arvelige information.
Klassificering af RNA-typer
Nukleinsyrernes funktioner i cellen er meget forskellige. Og de er mest talrige i tilfælde af RNA. Denne multifunktionalitet er dog stadig relativ, fordi én type RNA er ansvarlig for en af funktionerne. I dette tilfælde er der følgende typer RNA:
- nuklear RNA af vira og bakterier;
- matrix (information) RNA;
- ribosom alt RNA;
- messenger RNA-plasmid (chloroplast);
- Kloroplast ribosom alt RNA;
- mitokondriel ribosom alt RNA;
- mitochondrial messenger RNA;
- overfør RNA.
RNA-funktioner
Denne klassifikation indeholder flere typer RNA, som er opdelt afhængigt af placeringen. Men i funktionelle termer bør de kun opdeles i 4 typer: nuklear, informativ, ribosomal og transport. Funktionen af ribosom alt RNA er proteinsyntese baseret på nukleotidsekvensen af messenger RNA. Hvoriaminosyrer "bringes" til det ribosomale RNA, "strengt" på messenger-RNA'et, ved hjælp af en transport-ribonukleinsyre. Sådan forløber syntesen i enhver organisme, der har ribosomer. Strukturen og funktionerne af nukleinsyrer giver både bevarelse af genetisk materiale og skabelse af proteinsynteseprocesser.
Mitokondrielle nukleinsyrer
Hvis næsten alt er kendt om funktionerne i cellen, der udføres af nukleinsyrer i kernen eller cytoplasmaet, så er der stadig lidt information om mitokondrie- og plastid-DNA. Specifikke ribosomale og messenger-RNA'er er også blevet fundet her. Nukleinsyrer DNA og RNA er til stede her selv i de mest autotrofe organismer.
Måske kom nukleinsyren ind i cellen ved symbiogenese. Denne vej anses af videnskabsmænd som den mest sandsynlige på grund af manglen på alternative forklaringer. Processen betragtes som følger: en symbiotisk autotrof bakterie kom ind i cellen i en bestemt periode. Som et resultat lever denne atomfri celle inde i cellen og forsyner den med energi, men nedbrydes gradvist.
I de indledende stadier af evolutionær udvikling flyttede en symbiotisk ikke-nuklear bakterie sandsynligvis mutationsprocesser i værtscellens kerne. Dette gjorde det muligt for de gener, der var ansvarlige for at lagre information om strukturen af mitokondrielle proteiner, at blive introduceret i værtscellens nukleinsyre. Men for nu, hvilke funktioner i cellen udføres af nukleinsyrer af mitokondriel oprindelse,ikke meget information.
Sandsynligvis syntetiseres nogle proteiner i mitokondrierne, hvis struktur endnu ikke er kodet af værtens nukleare DNA eller RNA. Det er også sandsynligt, at cellen kun har brug for sin egen mekanisme for proteinsyntese, fordi mange proteiner syntetiseret i cytoplasmaet ikke kan komme igennem mitokondriernes dobbeltmembran. Samtidig producerer disse organeller energi, og derfor, hvis der er en kanal eller en specifik bærer for proteinet, vil det være nok til bevægelse af molekyler og mod koncentrationsgradienten.
Plasmid-DNA og RNA
Platider (chloroplaster) har også deres eget DNA, som sandsynligvis er ansvarligt for implementeringen af lignende funktioner, som det er tilfældet med mitokondrielle nukleinsyrer. Det har også sit eget ribosomale, messenger- og transfer-RNA. Desuden er plastider, at dømme efter antallet af membraner og ikke efter antallet af biokemiske reaktioner, mere komplicerede. Det sker, at mange plastider har 4 lag membraner, hvilket er forklaret af videnskabsmænd på forskellige måder.
En ting er indlysende: Nukleinsyrernes funktioner i cellen er endnu ikke blevet fuldt ud undersøgt. Det vides ikke, hvilken betydning det mitokondrielle proteinsyntesesystem og det analoge kloroplastiske system har. Det er heller ikke helt klart, hvorfor celler har brug for mitokondrielle nukleinsyrer, hvis proteiner (naturligvis ikke alle) allerede er kodet i nuklear DNA (eller RNA, afhængigt af organismen). Selvom nogle fakta tvinger os til at blive enige om, at mitokondriers og kloroplasters proteinsyntesesystem er ansvarlig for de samme funktioner somog DNA fra kernen og RNA af cytoplasmaet. De gemmer arvelig information, reproducerer den og videregiver den til datterceller.
CV
Det er vigtigt at forstå, hvilke funktioner i cellen, der udfører nukleinsyrer af nuklear, plastid og mitokondriel oprindelse. Dette åbner mange perspektiver for videnskaben, fordi den symbiotiske mekanisme, hvorefter mange autotrofe organismer optrådte, kan reproduceres i dag. Dette vil gøre det muligt at få en ny type celle, måske endda en menneskelig. Selvom det er for tidligt at tale om udsigterne for introduktionen af multi-membran plastidorganeller i celler.
Det er meget vigtigere at forstå, at nukleinsyrer er ansvarlige for næsten alle processer i en celle. Dette er både proteinbiosyntese og bevarelse af information om cellens struktur. Desuden er det meget vigtigere, at nukleinsyrer udfører funktionen med at overføre arveligt materiale fra forældreceller til datterceller. Dette garanterer den videre udvikling af evolutionære processer.
