Нуклеїнові кислоти відіграють важливу роль в клітці,забезпечуючи її життєдіяльність і розмноження. Ці властивості дають можливість назвати їх другими за важливістю біологічними молекулами після білків. Багато дослідників навіть виносять ДНК і РНК на перше місце, маючи на увазі їх головне значення в розвитку життя. Проте, їм судилося зайняти друге місце після білків, тому як основою життя є якраз поліпетідная молекула.
Нуклеїнові кислоти - це інший рівень життя, набагато більш складний і цікавий через те, що кожен вид молекули виконує специфічну для неї роботу. У цьому слід розібратися докладніше.
Всі нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК) представляютьсобою біологічні гетерогенні полімери, які розрізняються за кількістю ланцюгів. ДНК являє собою двухцепочечную полімерну молекулу, яка містить в собі генетичну інформацію еукаріотичних організмів. Кільцеві молекули ДНК можуть містити спадкову інформацію деяких вірусів. Це HIV і аденовіруси. Також існує 2 особливих виду ДНК: мітохондріальна і пластидних (знаходиться в хлоропластах).
РНК ж має набагато більше видів, щообумовлено різними функціями нуклеїнової кислоти. Існує ядерна РНК, яка містить спадкову інформацію бактерій і більшості вірусів, матрична (або інформаційна РНК), рибосомальная і транспортна. Всі вони беруть участь або в зберіганні спадкової інформації, або в експресії генів. Однак в тому, які функції в клітині виконують нуклеїнові кислоти, слід розібратися більш детально.
Такий тип ДНК - це досконала система зберіганняспадкової інформації. Двуспіральная молекула ДНК являє собою одну молекулу, що складається з гетерогенних мономерів. Їх завданням є утворення водневих зв'язків між нуклеотидами іншого ланцюжка. Сам мономер ДНК складається з азотистої основи, залишку ортофосфата і пятиуглеродного моносахарида дезоксирибози. Залежно від того, який тип азотистого підстави лежить в основі певного мономера ДНК, він має свою назву. Види мономерів ДНК:
На листі для спрощення схеми будови ДНКаденіловий залишок позначається як «А», гуанінових - «Г», тімідіновий - «Т», а цитозинових - «Ц». Важливо, що генетична інформація передається з двухцепочечной молекули ДНК на інформаційну РНК. Відмінностей у неї небагато: тут в якості вуглеводного залишку є трохи дезоксирибоза, а рибоза, а замість тіміділового азотистого підстави в РНК зустрічається ураціловий.
ДНК побудована за принципом біологічногополімеру, в якому один ланцюжок створюється заздалегідь за заданим шаблоном в залежності від генетичної інформації батьківської клітини. Нуклеодіди ДНК тут з'єднані ковалентними зв'язками. Потім, за принципом комплементарності, до нуклеотидам одноцепочечной молекули приєднуються інші нуклеотиди. Якщо в одноцепочечной молекулі початок представлено нуклеотидом аденином, то в другій (комплементарної) ланцюга йому буде відповідати тимін. Гуаніну комплементарен цитозин. Таким чином будується дволанцюжкова молекула ДНК. Вона знаходиться в ядрі і зберігає спадкову інформацію, яка закодована кодонами - триплету нуклеотидів. Функції двухцепочечной ДНК:
Вважається, що функції білків і нуклеїновихкислот загальні, а саме: вони беруть участь в експресії генів. Сама нуклеїнова кислота - це їх місце зберігання, а білок - це кінцевий результат зчитування інформації з гена. Сам ген являє собою ділянку однієї цілісної молекули ДНК, упакованої в хромосому, в якому за допомогою нуклеотидів записана інформація про структуру певного білка. Один ген кодує послідовність амінокислот тільки одного білка. Саме білок буде реалізовувати спадкову інформацію.
Функції нуклеїнових кислот в клітині вельмирізноманітні. І найбільш численні вони в разі з РНК. Однак дана поліфункціональність все одно відносна, тому як один тип РНК відповідає за одну з функцій. При цьому існують такі типи РНК:
У даній класифікації міститься кілька типівРНК, які розділені в залежності від місця знаходження. Однак у функціональному плані їх слід розділити всього на 4 види: на ядерну, інформаційну, рибосомальної і транспортну. Функцією рибосомальної РНК є синтез білка на основі нуклеотидної послідовності інформаційної РНК. При цьому амінокислоти «підносяться» до рибосомальної РНК, «нанизаної» на інформаційну РНК, за допомогою транспортної рибонуклеїнової кислоти. Так протікає синтез у будь-якого організму, у якого є рибосоми. Структура і функції нуклеїнових кислот забезпечують і збереження генетичного матеріалу, і створення процесів синтезу білка.
Якщо про те, які функції в клітині виконуютьнуклеїнові кислоти, розташовані в ядрі або цитоплазмі, практично всі відомо, то про мітохондріальної і пластидної ДНК інформації поки мало. Тут же знайдено специфічні рибосомальні, а також матричні РНК. Нуклеїнові кислоти ДНК і РНК присутні тут навіть у самих аутотрофний організмів.
Можливо, нуклеїнова кислота потрапила в кліткушляхом симбиогенеза. Даний шлях вченими розглядається як найбільш імовірний через відсутність альтернативних пояснень. Процес розглядається так: всередину клітини в певний період потрапила симбіотної авторофная бактерія. Як результат, ця без'ядерна клітина живе всередині клітини і забезпечує її енергією, але поступово деградує.
На початкових етапах еволюційного розвитку,ймовірно, сімбіонтная без'ядерна бактерія рухала мутаційними процесами в ядрі клітини-господаря. Це дозволило генам, відповідальним за збереження інформації про структуру мітохондріальних білків, впровадитися в нуклеїнових кислот клітини-господаря. Однак поки про те, які функції в клітині виконують нуклеїнові кислоти мітохондріального походження, інформації не так багато.
Ймовірно, в мітохондріях синтезується частинабілків, структура яких поки не кодується ядерної ДНК або РНК господаря. Також ймовірно, що власний механізм білкового синтезу потрібен клітці тільки тому, що багато білків, синтезовані в цитоплазмі, не можуть потрапити крізь подвійну мембрану мітохондрії. При цьому дані органели виробляють енергію, а тому в разі наявності каналу або специфічного переносника для білка її вистачить для руху молекул і проти градієнта концентрації.
У пластидах (хлоропластах) також існує свояДНК, яка, ймовірно, відповідає за реалізацію аналогічних функцій, як і в випадку з мітохондріальними нуклеїновими кислотами. Тут також знаходиться і своя рибосомальная, матрична і транспортна РНК. Причому пластиди, якщо судити за кількістю мембран, а не за кількістю біохімічних реакцій, влаштовані складніше. Трапляється, що багато пластиди мають по 4 шари мембран, що пояснюється вченими по-різному.
Очевидно одне: функції нуклеїнових кислот в клітині вивчені поки недостатньо повно. Невідомо, яке значення має мітохондріальна білок синтезує система і аналогічна їй хлоропластіческая. Також не зовсім ясно, навіщо клітинам потрібні мітохондріальні нуклеїнові кислоти, якщо білки (очевидно, не всі) вже закодовані в ядерній ДНК (або РНК, в залежності від організму). Хоча деякі факти змушують погодитися, що білок синтезує система мітохондрій і хлоропластів відповідає за такі ж функції, що і ДНК ядра і РНК цитоплазми. Вони зберігають спадкову інформацію, відтворюють її і передають дочірнім клітинам.
Важливо розбиратися в тому, які функції в клітцівиконують нуклеїнові кислоти ядерного, пластидного і мітохондріального походження. Це відкриває безліч перспектив для науки, адже симбионтное механізм, згідно з яким з'явилися багато автотрофні організми, можна відтворити і сьогодні. Це дозволить отримати новий тип клітини, можливо, навіть людської. Хоча про перспективи впровадження многомембранних пластідних органел в клітини говорити поки рано.
Набагато важливіше розуміти, що в клітці нуклеїновікислоти відповідають практично за всі процеси. Це і біосинтез білка, і збереження інформації про структуру клітини. Причому набагато важливіше те, що нуклеїнові кислоти виконують функцію передачі спадкового матеріалу від батьківських клітин до дочірніх. Це гарантує подальший розвиток еволюційних процесів.
