Nukleiinihapoilla on tärkeä rooli solussa, mikä varmistaa sen elintärkeän toiminnan ja lisääntymisen. Näiden ominaisuuksien ansiosta niitä voidaan kutsua toiseksi tärkeimmiksi biologisiksi molekyyleiksi proteiinien jälkeen. Monet tutkijat jopa asettavat DNA:n ja RNA:n etusijalle, mikä viittaa niiden pääasialliseen merkitykseen elämän kehityksessä. Siitä huolimatta niiden on määrä olla toisella sijalla proteiinien jälkeen, koska elämän perusta on juuri polypeptidimolekyyli.
Nukleiinihapot ovat eri elämäntaso, paljon monimutkaisempia ja mielenkiintoisempia, koska jokainen molekyylityyppi tekee sille tietyn työn. Tätä pitäisi tutkia tarkemmin.
Nukleiinihappojen käsite
Kaikki nukleiinihapot (DNA ja RNA) ovat biologisesti heterogeenisiä polymeerejä, jotka eroavat ketjujen lukumäärältä. DNA on kaksijuosteinen polymeerimolekyyli, joka sisältääeukaryoottisten organismien geneettinen tieto. Pyöreät DNA-molekyylit voivat sisältää joidenkin virusten perinnöllisiä tietoja. Nämä ovat HIV ja adenovirukset. On myös olemassa 2 erityistä DNA:ta: mitokondriaalinen ja plastidi (löytyy kloroplasteista).
RNA:lla on toisa alta paljon enemmän tyyppejä nukleiinihapon eri toimintojen vuoksi. On tuma-RNA:ta, joka sisältää bakteerien ja useimpien virusten perinnölliset tiedot, matriisin (tai lähetti-RNA:n), ribosomaalisen ja kuljetuksen. Ne kaikki ovat mukana joko perinnöllisen tiedon tallentamisessa tai geenien ilmentymisessä. On kuitenkin tarpeen ymmärtää tarkemmin, mitä toimintoja nukleiinihapot suorittavat solussa.
Kaksijuosteinen DNA-molekyyli
Tämän tyyppinen DNA on täydellinen säilytysjärjestelmä perinnöllisille tiedoille. Kaksijuosteinen DNA-molekyyli on yksittäinen molekyyli, joka koostuu heterogeenisistä monomeereistä. Heidän tehtävänsä on muodostaa vetysidoksia toisen ketjun nukleotidien välille. Itse DNA-monomeeri koostuu typpipitoisesta emäksestä, ortofosfaattitähteestä ja viiden hiilen monosakkaridideoksiriboosista. Riippuen siitä, minkä tyyppinen typpipitoinen emäs tietyn DNA-monomeerin taustalla on, sillä on oma nimi. DNA-monomeerityypit:
- deoksiriboosi, jossa on ortofosfaattijäännös ja adenyylityppipitoinen emäs;
- tymidiinipitoinen emäs, jossa on deoksiriboosia ja ortofosfaattijäännös;
- sytosiinityppiemäs, deoksiriboosi- ja ortofosfaattijäännös;
- ortofosfaatti deoksiriboosin ja guaniinin typpipitoisella jäännöksellä.
Kirjallisesti DNA-rakennekaavion yksinkertaistamiseksi adenyylitähde on merkitty "A", guaniinitähde on merkitty "G", tymidiinitähde on "T" ja sytosiinitähde on "C" ". On tärkeää, että geneettinen informaatio siirtyy kaksijuosteisesta DNA-molekyylistä lähetti-RNA:han. Sillä on vähän eroja: tässä hiilihydraattijäännöksenä ei ole deoksiriboosia, vaan riboosi, ja tymidyylityppipitoisen emäksen sijaan RNA:ssa esiintyy urasiilia.
DNA:n rakenne ja toiminnot
DNA on rakennettu biologisen polymeerin periaatteelle, jossa yksi ketju luodaan etukäteen tietyn mallin mukaan, riippuen emosolun geneettisestä tiedosta. DNA-nukleotidit on yhdistetty täällä kovalenttisilla sidoksilla. Sitten komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti yksijuosteisen molekyylin nukleotideihin kiinnitetään muita nukleotideja. Jos yksijuosteisessa molekyylissä alkua edustaa nukleotidi adeniini, niin toisessa (komplementaarisessa) ketjussa se vastaa tymiiniä. Guaniini täydentää sytosiinia. Siten rakennetaan kaksijuosteinen DNA-molekyyli. Se sijaitsee ytimessä ja tallentaa perinnöllistä tietoa, jota koodaavat kodonit - nukleotiditripletit. Kaksijuosteisen DNA:n toiminnot:
- emosolusta saatujen perinnöllisten tietojen säilyttäminen;
- geenin ilmentyminen;
- mutaatiomuutosten ehkäisy.
Proteiinien ja nukleiinihappojen merkitys
Proteiinien ja nukleiinihappojen toimintojen uskotaan olevan yleisiä, nimittäin:ne osallistuvat geenien ilmentymiseen. Nukleiinihappo itsessään on niiden varastointipaikka, ja proteiini on lopputulos geenistä luettaessa. Geeni itsessään on osa yhdestä kiinteästä DNA-molekyylistä, joka on pakattu kromosomiin, johon tallennetaan tietoa tietyn proteiinin rakenteesta nukleotidien avulla. Yksi geeni koodaa vain yhden proteiinin aminohapposekvenssiä. Se on proteiini, joka toteuttaa perinnölliset tiedot.
RNA-tyyppien luokitus
Nukleiinihappojen tehtävät solussa ovat hyvin erilaisia. Ja niitä on eniten RNA:n tapauksessa. Tämä monitoiminnallisuus on kuitenkin edelleen suhteellista, koska yksi RNA-tyyppi on vastuussa yhdestä toiminnosta. Tässä tapauksessa on olemassa seuraavat RNA-tyypit:
- virusten ja bakteerien ydin-RNA;
- matriisi (tieto) RNA;
- ribosomin RNA;
- lähetti-RNA-plasmidi (kloroplasti);
- Kloroplastin ribosomin RNA;
- mitokondrioiden ribosomin RNA;
- mitokondrioiden lähetti-RNA;
- siirrä RNA.
RNA-toiminnot
Tämä luokitus sisältää useita RNA-tyyppejä, jotka on jaettu sijainnin mukaan. Toiminnallisesti ne tulisi kuitenkin jakaa vain neljään tyyppiin: ydin-, informaatio-, ribosomi- ja kuljetus. Ribosomaalisen RNA:n tehtävänä on proteiinisynteesi, joka perustuu lähetti-RNA:n nukleotidisekvenssiin. Jossaaminohapot "tuodetaan" ribosomaaliseen RNA:han, "kiinnitetään" lähetti-RNA:han kuljetusribonukleiinihapon avulla. Näin synteesi etenee missä tahansa organismissa, jossa on ribosomeja. Nukleiinihappojen rakenne ja toiminnot mahdollistavat sekä geneettisen materiaalin säilymisen että proteiinisynteesiprosessien luomisen.
Mitokondrioiden nukleiinihapot
Jos lähes kaikki tiedetään ytimessä tai sytoplasmassa sijaitsevien nukleiinihappojen toiminnoista solussa, niin mitokondrio- ja plastidi-DNA:sta on vielä vähän tietoa. Täällä on myös löydetty spesifisiä ribosomaalisia ja lähetti-RNA:ita. Nukleiinihappoja DNA:ta ja RNA:ta on täällä jopa autotrofisimmissa organismeissa.
Ehkä nukleiinihappo pääsi soluun symbiogeneesin kautta. Tiedemiehet pitävät tätä polkua todennäköisimpänä vaihtoehtoisten selitysten puutteen vuoksi. Prosessia tarkastellaan seuraavasti: symbioottinen autotrofinen bakteeri pääsi solun sisään tietyssä ajassa. Tämän seurauksena tämä ytimetön solu elää solun sisällä ja antaa sille energiaa, mutta hajoaa vähitellen.
Evoluutiokehityksen alkuvaiheissa luultavasti symbioottinen ei-ydinbakteeri siirsi mutaatioprosesseja isäntäsolun ytimessä. Tämä mahdollisti mitokondrioiden proteiinien rakennetta koskevien tietojen tallentamisesta vastaavien geenien siirtämisen isäntäsolun nukleiinihappoon. Kuitenkin, mitä toimintoja solussa suorittavat mitokondriaalista alkuperää olevat nukleiinihapot,ei paljon tietoa.
Todennäköisesti mitokondrioissa syntetisoituu joitain proteiineja, joiden rakennetta ei vielä koodaa isännän tuman DNA tai RNA. On myös todennäköistä, että solu tarvitsee oman proteiinisynteesimekanisminsa vain siksi, että monet sytoplasmassa syntetisoidut proteiinit eivät pääse mitokondrioiden kaksoiskalvon läpi. Samalla nämä organellit tuottavat energiaa, joten jos proteiinille on olemassa kanava tai erityinen kantaja, se riittää molekyylien liikkumiseen ja pitoisuusgradienttia vastaan.
Plasmidi-DNA ja RNA
Plastideilla (kloroplasteilla) on myös oma DNA, joka luultavasti vastaa samanlaisten toimintojen toteuttamisesta, kuten mitokondrioiden nukleiinihappojen tapauksessa. Sillä on myös oma ribosomi-, lähetti- ja siirto-RNA. Lisäksi plastidit ovat monimutkaisempia kalvojen lukumäärän eikä biokemiallisten reaktioiden lukumäärän perusteella. Monilla plastideilla sattuu olemaan 4 kalvokerrosta, minkä tiedemiehet ovat selittäneet eri tavoin.
Yksi asia on ilmeinen: nukleiinihappojen toimintoja solussa ei ole vielä täysin tutkittu. Ei tiedetä, mikä merkitys mitokondrioiden proteiineja syntetisoivalla järjestelmällä ja vastaavalla kloroplastisella järjestelmällä on. Ei myöskään ole täysin selvää, miksi solut tarvitsevat mitokondrioiden nukleiinihappoja, jos proteiinit (ilmeisesti eivät kaikki) on jo koodattu tuman DNA:han (tai RNA:han, organismista riippuen). Vaikka jotkut tosiasiat pakottavat meidät olemaan yhtä mieltä siitä, että mitokondrioiden ja kloroplastien proteiineja syntetisoiva järjestelmä vastaa samoista toiminnoista kuinja ytimen DNA ja sytoplasman RNA. Ne tallentavat perinnöllistä tietoa, tuottavat sen ja välittävät sen tytärsoluille.
CV
On tärkeää ymmärtää, mitkä toiminnot solussa suorittavat ydin-, plastidi- ja mitokondriaalialkuperää olevia nukleiinihappoja. Tämä avaa tieteelle monia mahdollisuuksia, koska symbioottinen mekanismi, jonka mukaan monet autotrofiset organismit ilmestyivät, voidaan toistaa nykyään. Tämä mahdollistaa uudentyyppisen solun, ehkä jopa ihmisen, hankkimisen. Vaikka on liian aikaista puhua näkymistä monikalvoisten plastidiorganellien viemisestä soluihin.
On paljon tärkeämpää ymmärtää, että nukleiinihapot ovat vastuussa melkein kaikista solun prosesseista. Tämä on sekä proteiinien biosynteesiä että solun rakennetta koskevien tietojen säilyttämistä. Lisäksi on paljon tärkeämpää, että nukleiinihapot suorittavat perinnöllisen materiaalin siirtämisen emosoluista tytärsoluihin. Tämä takaa evoluutioprosessien jatkokehityksen.
