Kwasy nukleinowe odgrywają ważną rolę w komórce,zapewniając jego żywotną aktywność i reprodukcję. Te właściwości pozwalają nazwać je drugą po białkach najważniejszą cząsteczką biologiczną. Wielu badaczy stawiło nawet DNA i RNA na pierwszym miejscu, co sugeruje ich główne znaczenie w rozwoju życia. Niemniej jednak mają zająć drugie miejsce po białkach, ponieważ podstawą życia jest właśnie cząsteczka polipeptydu.
Kwasy nukleinowe to inny standard życia, o wiele bardziej złożony i interesujący ze względu na fakt, że każdy rodzaj cząsteczki wykonuje specyficzną dla niej pracę. To powinno być wyjaśnione bardziej szczegółowo.
Reprezentują wszystkie kwasy nukleinowe (DNA i RNA)są biologicznymi heterogenicznymi polimerami różniącymi się liczbą łańcuchów. DNA to dwuniciowa cząsteczka polimeru, która zawiera informacje genetyczne organizmów eukariotycznych. Okrągłe cząsteczki DNA mogą zawierać informacje dziedziczne niektórych wirusów. To są HIV i adenowirusy. Istnieją również 2 specjalne typy DNA: mitochondrialne i plastydowe (występujące w chloroplastach).
RNA ma znacznie więcej typówze względu na różne funkcje kwasu nukleinowego. Istnieje jądrowe RNA, które zawiera dziedziczne informacje o bakteriach i większości wirusów, macierzy (lub informacyjnym RNA), rybosomach i transporcie. Wszystkie są zaangażowane albo w przechowywanie informacji dziedzicznej, albo w ekspresję genów. Jednak konieczne jest bardziej szczegółowe zrozumienie, jakie funkcje pełnią kwasy nukleinowe w komórce.
Ten typ DNA to doskonały system przechowywaniainformacje dziedziczne. Cząsteczka dwuniciowego DNA to pojedyncza cząsteczka składająca się z heterogenicznych monomerów. Ich zadaniem jest tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy nukleotydami innej nici. Sam monomer DNA składa się z zasady azotowej, reszty ortofosforanowej i dezoksyrybozy pięciowęglowego monosacharydu. W zależności od tego, jaki rodzaj zasady azotowej stanowi podstawę konkretnego monomeru DNA, ma swoją własną nazwę. Rodzaje monomerów DNA:
Na piśmie, aby uprościć schemat struktury DNAreszta adenylowa jest oznaczona jako „A”, reszta guaniny to „G”, reszta tymidyny to „T”, a reszta cytozyny to „C”. Ważne jest, aby informacja genetyczna była przenoszona z dwuniciowej cząsteczki DNA do informacyjnego RNA. Ma kilka różnic: tutaj, jako reszta węglowodanowa, nie ma dezoksyrybozy, ale rybozę, a zamiast zasady azotowej tymidylowej w RNA znajduje się zasada uracylowa.
DNA jest zbudowane na zasadzie biologicznejpolimer, w którym jeden łańcuch jest tworzony z góry zgodnie z określonym z góry wzorem, w zależności od informacji genetycznej komórki macierzystej. Nukleodki DNA są tutaj połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Następnie, zgodnie z zasadą komplementarności, do nukleotydów jednoniciowej cząsteczki przyłączane są inne nukleotydy. Jeśli w cząsteczce jednoniciowej początek jest reprezentowany przez nukleotyd adeninę, to w drugiej (komplementarnej) nici będzie odpowiadać tyminie. Guanina jest uzupełnieniem cytozyny. W ten sposób powstaje dwuniciowa cząsteczka DNA. Znajduje się w jądrze i przechowuje informacje dziedziczne, które są kodowane przez kodony - trojaczki nukleotydów. Funkcje dwuniciowego DNA:
Uważa się, że funkcje białek i kwasów nukleinowychkwasy są powszechne, a mianowicie: biorą udział w ekspresji genów. Sam kwas nukleinowy jest ich miejscem przechowywania, a białko jest końcowym wynikiem odczytu informacji z genu. Sam gen jest fragmentem jednej integralnej cząsteczki DNA, upakowanej w chromosomie, w którym za pomocą nukleotydów zapisywane są informacje o budowie określonego białka. Jeden gen koduje sekwencję aminokwasów tylko jednego białka. To białko będzie wdrażać informacje dziedziczne.
Funkcje kwasów nukleinowych w komórce są bardzourozmaicony. A najliczniej jest ich w przypadku RNA. Jednak ta wielofunkcyjność jest nadal względna, ponieważ jeden typ RNA jest odpowiedzialny za jedną z funkcji. W tym przypadku istnieją następujące typy RNA:
Ta klasyfikacja obejmuje kilka typówRNA, które są segregowane na podstawie lokalizacji. Jednak pod względem funkcjonalnym należy je podzielić tylko na 4 typy: jądrowe, informacyjne, rybosomalne i transportowe. Funkcją rybosomalnego RNA jest synteza białek oparta na sekwencji nukleotydów informacyjnego RNA. W tym przypadku aminokwasy są „doprowadzane” do rybosomalnego RNA, „nawleczone” na informacyjny RNA za pomocą transportu kwasu rybonukleinowego. Tak przebiega synteza w każdym organizmie, który ma rybosomy. Struktura i funkcje kwasów nukleinowych zapewniają zarówno zachowanie materiału genetycznego, jak i tworzenie procesów syntezy białek.
Jeśli o tym, jakie funkcje w komórce są wykonywanePonieważ kwasy nukleinowe zlokalizowane w jądrze lub cytoplazmie są praktycznie wszystkie znane, wciąż istnieje niewiele informacji na temat mitochondrialnego i plastydowego DNA. Znaleziono tu również specyficzne rybosomalne i informacyjne RNA. Kwasy nukleinowe DNA i RNA są tu obecne nawet w większości organizmów autotroficznych.
Kwas nukleinowy mógł dostać się do komórkiprzez symbiogenezę. Ta ścieżka jest uważana przez naukowców za najbardziej prawdopodobną ze względu na brak alternatywnych wyjaśnień. Proces jest rozpatrywany w następujący sposób: symbiotyczna autoformowalna bakteria weszła do komórki w określonym czasie. W rezultacie ta pozbawiona jądra komórka żyje wewnątrz komórki i dostarcza jej energii, ale stopniowo ulega degradacji.
Na początkowych etapach rozwoju ewolucyjnegoprawdopodobnie symbiotyczna bakteria bezjądrowa sprzyjała procesom mutacyjnym w jądrze komórki gospodarza. Umożliwiło to genom odpowiedzialnym za przechowywanie informacji o strukturze białek mitochondrialnych zintegrowanie się z kwasem nukleinowym komórki gospodarza. Jednak jak dotąd nie ma zbyt wielu informacji na temat funkcji mitochondrialnych kwasów nukleinowych w komórce.
Prawdopodobnie częśćbiałka, których struktura nie została jeszcze zakodowana przez jądrowe DNA lub RNA gospodarza. Jest również prawdopodobne, że komórka potrzebuje własnego mechanizmu syntezy białek tylko dlatego, że wiele białek syntetyzowanych w cytoplazmie nie może przejść przez podwójną błonę mitochondrialną. W tym przypadku organelle te wytwarzają energię, a zatem w przypadku kanału lub specyficznego nośnika dla białka wystarczy do ruchu cząsteczek i pod kątem gradientu stężeń.
Plastydy (chloroplasty) również mają swoje własneDNA, który prawdopodobnie odpowiada za podobne funkcje jak w przypadku mitochondrialnych kwasów nukleinowych. Zawiera również swój własny rybosomalny, informacyjny i transportowy RNA. Co więcej, plastydy, sądząc po liczbie membran, a nie po liczbie reakcji biochemicznych, są bardziej złożone. Zdarza się, że wiele plastydów ma 4 warstwy membran, co naukowcy wyjaśniają na różne sposoby.
Jedno jest jasne:funkcje kwasów nukleinowych w komórce nie zostały jeszcze w pełni poznane. Nie wiadomo, jakie znaczenie ma mitochondrialny system syntezy białek i analogiczny układ chloroplastyczny. Nie jest również do końca jasne, dlaczego komórki potrzebują mitochondrialnych kwasów nukleinowych, skoro białka (oczywiście nie wszystkie) są już zakodowane w jądrowym DNA (lub RNA, w zależności od organizmu). Chociaż niektóre fakty zmuszają nas do zgodzenia się, że system syntezy białek mitochondriów i chloroplastów jest odpowiedzialny za te same funkcje, co DNA jądra i RNA cytoplazmy. Zachowują informacje dziedziczne, reprodukują je i przekazują do komórek potomnych.
Ważne jest, aby zrozumieć, jakie funkcje w komórcewykonać kwasy nukleinowe pochodzenia jądrowego, plastydowego i mitochondrialnego. Otwiera to przed nauką wiele perspektyw, bowiem symbiotyczny mechanizm, zgodnie z którym pojawiło się wiele organizmów autotroficznych, można dziś odtworzyć. Stworzy to nowy typ komórki, być może nawet ludzką. Chociaż jest za wcześnie, aby mówić o perspektywach wprowadzenia wielobłonowych organelli plastydowych do komórek.
O wiele ważniejsze jest zrozumienie tego kwasu nukleinowego w komórcekwasy są odpowiedzialne za prawie wszystkie procesy. Jest to zarówno biosynteza białek, jak i przechowywanie informacji o strukturze komórki. Co więcej, dużo ważniejsze jest, aby kwasy nukleinowe pełniły funkcję przenoszenia materiału dziedzicznego z komórek rodzicielskich do komórek potomnych. Gwarantuje to dalszy rozwój procesów ewolucyjnych.
