Katere funkcije v celici so nukleinske kisline? Struktura in funkcije nukleinskih kislin

Nukleinske kisline igrajo pomembno vlogo v celici, kar zagotavlja njegovo vitalno aktivnost in reprodukcijo. Te lastnosti omogočajo, da jih imenujemo druga najpomembnejša biološka molekula po beljakovinah. Mnogi raziskovalci celo sprejmejo DNK in RNK na prvo mesto, kar pomeni njihov glavni pomen pri razvoju življenja. Kljub temu pa jim je namenjeno, da na drugem mestu po proteinu, ker je osnova življenja le polipeptidna molekula.

Nukleinske kisline so še ena življenjska raven, precej bolj zapletena in zanimiva, ker vsaka vrsta molekule opravi določeno nalogo. To je treba razumeti bolj podrobno.

Koncept nukleinskih kislin

Vse nukleinske kisline (DNA in RNA) so biološki heterogeni polimeri, ki se razlikujejo po številu verig. DNA je molekula dvojne verižnice, ki vsebuje genetske informacije eukariotskih organizmov. Obročne DNA molekule lahko vsebujejo dedne informacije o nekaterih virusih. To so HIV in adenovirusi. Prav tako obstajajo dve posebni vrsti DNK: mitohondrijski in plastidni (najdemo v kloroplastih).

RNA ima tudi veliko več vrst, kar je posledica različnih funkcij nukleinske kisline. Obstaja jedrska RNA, ki vsebuje dedne informacije o bakterijah in večini virusov, matriks (ali informacij RNA), ribosomal in transport. Vsi sodelujejo v skladiščenju dedne informacije, ali v izražanju genov. Vendar, katere funkcije v celici opravljajo nukleinske kisline, je treba podrobneje razumeti.

Dvovalentna DNA molekula

Ta vrsta DNA je popoln sistem za shranjevanje dednih informacij. Dvovalentna DNA molekula je ena molekula, sestavljena iz heterogenih monomerov. Njihova naloga je tvorba vodikovih vezi med nukleotidi druge verige. Sam DNA monomer sestoji iz dušikove baze, ostankata ortofosfata in petosvežnega deoksibroznega monosaharida. Odvisno od vrste dušikovih baz, ki leži na dnu določenega monomera DNA, ima njegovo ime. Vrste DNA monomerov:

• deoksiriboza z ostankom ortofosfata in bazo adenilnega dušika;
• bazo timidinskega dušika z ostankom deoksiriboze in ortofosfata;
• citozinski dušik, dezoksibrioza in ortofosfatni ostanek;
• ortofosfat z ostankom deoksiriboze in gvaninskega dušika.

Na pismo za poenostavitev sheme struktura DNA je adenilni ostanek označen kot "A", gvanin - "G", timidin - "T" in citozin - "C". Pomembno je, da se genetske informacije prenesejo iz molekule dvojno verižne DNA v informacijsko RNA. Razlike v njen mali: tukaj je del ogljikovih hidratov ne deoksiriboznega in riboza, in namesto timidinsko dušikova baza uracil pojavlja v RNA.

Struktura in funkcija DNK

DNK temelji na načelu biološkega polimera, v katerem se ena veriga ustvari vnaprej glede na dani vzorec, odvisno od genetskih informacij matične celice. Nukleoidi DNA so tukaj povezani s kovalentnimi vezmi. Potem, do načelo komplementarnosti, Drugi nukleotidi so pritrjeni na nukleotide enojne molekule. Če v enojni molekuli izvor predstavlja nukleotidni adenin, potem bo v drugi (komplementarni) verigi ustrezal timinu. Guanine dopolnjuje citozin. Tako je konstruirana dvojna verižna DNA molekula. Je v jedru in shrani dedne podatke, ki jih kodirajo kodoni - triplete nukleotidov. Funkcije dvojne verižne DNA:

• Ohranjanje podedovanih informacij, prejetih od matične celice;
• izražanje genov;
• ovira za mutacijske spremembe.

Pomen beljakovin in nukleinskih kislin

Verjamemo, da so funkcije beljakovin in nukleinskih kislin pogosti, in sicer: sodelujejo pri izražanju genov. Nukleinska kislina je sama lokacija shranjevanja, protein pa je končni rezultat branja informacij iz gena. Sam gen je mesto ene popolne molekule DNK, pakirane v kromosom, v katerem informacije o strukturi določenega proteina zabeležijo nukleotidi. En gen kodira aminokislinsko sekvenco samo enega proteina. To je beljakovina, ki bo uresničila dedne podatke.

Razvrstitev vrst RNK

Funkcije nukleinskih kislin v celici so zelo raznolike. In v primeru RNK so najštevilčnejši. Vendar je ta polifunkcionalnost še vedno relativna, ker je ena vrsta RNA odgovorna za eno od funkcij. Obstajajo naslednje vrste RNK:

• jedrske RNA virusi in bakterije;
• matrika (informacija) RNA;
• ribosomalna RNA;
• matrika RNA plazmidov (kloroplasti);
• ribosomalna RNA kloroplastov;
• mitohondrijska ribosomska RNA;
• mitohondrijska matrika RNA;
• transportna RNA.

RNA funkcije

Ta razvrstitev vsebuje več vrst RNA, ki so ločene glede na lokacijo. Vendar pa je treba funkcionalno razdeliti na 4 vrste: jedrske, informacijske, ribosomske in transportne. Funkcija ribosomske RNK je sinteza beljakovin, ki temelji na nukleotidnem zaporedju informacijske RNK. V tem primeru se aminokisline "prenašajo" na ribosomalno RNK, "naokoli" na informacijsko RNA, preko transportne ribonukleinske kisline. Tako sinteza poteka v katerem koli organizmu, ki ima ribosome. Struktura in funkcije nukleinskih kislin zagotavljajo tako ohranjanje genskega materiala kot tudi ustvarjanje sinteznih procesov beljakovin.

Mitohondrijske nukleinske kisline

Če kaj deluje v celici opravljajo nukleinske kisline, ki se nahajajo v jedru in citoplazmi skoraj vse znane, mitohondrijev in plastid DNK podatkov, je malo. Tu so bile najdene tudi specifične ribosomske in matrične RNA. DNK in RNA nukleinskih kislin sta prisotna tudi v najbolj avtotrofnih organizmih.

Morda je nukleinska kislina prišla v celico s simbiogenezo. Znanstveniki menijo, da je ta pot najbolj verjetna zaradi pomanjkanja alternativnih pojasnil. Postopek obravnava kot sledi: simbiotična avtorotrofna bakterija je vstopila v celico v določenem obdobju. Kot rezultat, to denuklearizirana celica živi znotraj celice in ji zagotavlja energijo, vendar se postopoma zmanjšuje.

Na začetnih stopnjah evolucijskega razvoja je verjetno, da simbiozna, nejedrska bakterija premakne mutacijske procese v jedro gostiteljske celice. To je omogočilo, da so geni, odgovorni za vzdrževanje informacij o strukturi mitohondrijskih proteinov, prodirali v nukleinsko kislino gostiteljske celice. Vendar pa do sedaj ni veliko informacij o tem, katere funkcije v celici opravljajo nukleinske kisline mitohondrijskega izvora.

Verjetno se nekateri proteini sintetizirajo v mitohondriji, katerih struktura še ni kodirana z jedrsko DNA ali gostiteljsko RNA. Prav tako je verjetno, da je ustrezna mehanizem sinteze proteinov potrebna samo zato, ker celica da številni proteini sintetiziramo v citoplazmi, ne more priti skozi dvojno membrano mitohondrijev. Podatki organeli proizvodnjo energije, in s tem v primeru določen kanal ali transportnega proteina za njegovo dovolj za molekularno gibanje in proti koncentracijski gradient.

Plazmidna DNA in RNA

Plastidi (kloroplasti) imajo tudi svojo DNK, ki je verjetno odgovorna za uresničitev podobnih funkcij, kot v primeru mitohondrijskih nukleinskih kislin. Obstaja tudi njegova lastna ribosomalna, matrična in transportna RNA. In plastidov, ki sodijo po številu membran, in ne po številu biokemičnih reakcij, so bolj zapleteni. Zdi se, da ima veliko plastidov 4 sloje membran, kar znanstveniki razlagajo na različne načine.

Ena stvar je jasna: funkcije nukleinskih kislin v celici še niso v celoti raziskane. Ni znano, kakšen pomen ima mitohondrijski protein v sintetizacijskem sistemu in podoben kloroplastiki. Prav tako ni jasno, zakaj celice potrebujejo mitohondrijske nukleinske kisline, če so proteini (seveda ne vsi) že kodirane v jedrskem DNK (ali RNK, glede na organizmu). Čeprav so nekatera dejstva, prisiljeni sprejeti dejstvo, da je protein sintezo mitohondrijske in kloroplastni sistem odgovoren za enake funkcije kot DNK jedrom in citoplazmo RNA. Ohranjujejo dedne podatke, jih razmnožujejo in jih posredujejo hčerinskim celicam.

Povzetek

Pomembno je razumeti, katere funkcije v celici opravljajo nukleinske kisline jedrskega, plastidnega in mitohondrijskega izvora. To odpira veliko možnosti za znanost, saj se danes lahko reproducira simbionski mehanizem, po katerem se je pojavilo veliko avtotrofnih organizmov. To bo dobilo novo vrsto celice, morda celo človeka. Čeprav je še prezgodaj govoriti o možnostih za uvedbo mnogoplastnih plastidnih organelov v celice.

Pomembneje je razumeti, da so v celičnih nukleinskih kislinah odgovorne za skoraj vse procese. To je beljakovinska biosinteza, in ohranjanje informacij o strukturi celice. Poleg tega je veliko bolj pomembno, da nukleinske kisline izpolnjujejo funkcijo prenosa dednega materiala iz matičnih celic v hčerinske celice. To zagotavlja nadaljnji razvoj evolucijskih procesov.