Što funkcionira u stanici nukleinske kiseline? Struktura i funkcije nukleinskih kiselina

Nukleinske kiseline igraju važnu ulogu u stanici, osiguravajući njegovu vitalnu aktivnost i reprodukciju. Ova svojstva omogućuju im da ih nazivaju drugim najvažnijim biološkim molekulama nakon proteina. Mnogi istraživači čak i uzimaju DNA i RNA na prvo mjesto, što ukazuje na njihovu glavnu važnost u razvoju života. Ipak, oni su predodređeni da zauzmu drugo mjesto nakon bjelančevina, jer je temelj života samo polipeptidna molekula.

Nukleinske kiseline su druga razina života, mnogo složenija i zanimljiva, jer svaka vrsta molekula obavlja određeni posao za njega. To bi se trebalo razumjeti podrobnije.

Koncept nukleinskih kiselina

Sve nukleinske kiseline (DNA i RNA) su biološki heterogeni polimeri, koji se razlikuju po broju lanaca. DNA je dvolančana polimerna molekula koja sadrži genetsku informaciju eukariotskih organizama. Prstenasti DNA molekule mogu sadržavati nasljedne informacije nekih virusa. To su HIV i adenovirusi. Također postoje 2 posebne vrste DNA: mitohondrijske i plastidne (pronađene u kloroplastima).

RNA također ima mnogo više vrsta, što je posljedica različitih funkcija nukleinske kiseline. Postoje nuklearna RNA, koja sadrži genetske informacije bakterija i većinu virusa, matrica (ili glasničke RNA), ribozomalno i transporta. Svi oni sudjeluju u skladištenju nasljednih informacija, ili u ekspresiji gena. Međutim, ono što funkcionira u stanici izvodi se nukleinskim kiselinama, potrebno je detaljnije razumjeti.

Dvolančana DNA molekula

Ova vrsta DNA je savršen sustav za pohranu nasljednih informacija. Dvolančana DNA molekula je jedna molekula koja se sastoji od heterogenih monomera. Njihov zadatak je stvaranje vodikovih veza između nukleotida drugog lanca. sam DNA monomer sastoji se od dušične baze, ortofosfatnog ostatka i pet-ugljik deoksiribos monosaharida. Ovisno o vrsti dušične baze nalazi se u podlozi određenog monomera DNK, ono ima svoje ime. Vrste DNA monomera:

• deoksiriboza s ortofosfatnim ostatkom i adenil bazom dušika;
• bazu timidinskog dušika s deoksiriboza i ortofosfatnim ostatkom;
• citozin baze dušika, desoksiriboza i ortofosfatni ostatak;
• ortofosfat s dezoksiribozom i gvaninskim ostatkom dušika.

Na pismo za pojednostavljenje sheme struktura DNA adenilni ostatak je označen kao "A", gvanin - "G", timidin - "T" i citozin - "C". Važno je da se genetska informacija prenese iz dvolančane DNA molekule u informacijsku RNA. Razlike u njezin mali: ovdje kao ugljikohidratna jedinica nije deoksiribozu i riboza, a umjesto thymidylic dušične baze uracil pojavljuje u RNA.

Struktura i funkcija DNA

DNA se temelji na principu biološkog polimera, u kojem se jedan lanac kreira unaprijed prema određenom uzorku, ovisno o genetskoj informaciji matične stanice. Nukleoidi DNA povezani su ovdje kovalentnim vezama. Zatim, po načelo komplementarnosti, Drugi nukleotidi su vezani na nukleotide jednolančane molekule. Ako se u jednolančanim molekulama podrijetlo predstavlja nukleotidni adenin, tada u drugom (komplementarnom) lancu odgovara timinu. Guanin je komplementaran citozinu. Tako je konstruirana dvolančana DNA molekula. Ona je u jezgri i pohranjuje nasljedne informacije, koje kodiraju kodoni - tripleti nukleotida. Funkcije dvolančane DNA:

• Očuvanje naslijeđenih informacija primljenih od roditeljske stanice;
• ekspresija gena;
• prepreka mutacijskim promjenama.

Važnost proteina i nukleinskih kiselina

Vjeruje se da su funkcije proteina i nukleinskih kiselina zajedničke, i to: sudjeluju u ekspresiji gena. Samo nukleinska kiselina je mjesto za pohranu, a protein je krajnji rezultat čitanja informacija iz gena. Sam gen je mjesto jedne cjelovite molekule DNA, pakirane u kromosom, u kojem informacije o strukturi određenog proteina bilježe nukleotidi. Jedan gen kodira aminokiselinsku sekvencu samo jednog proteina. To je protein koji će ostvariti nasljedne informacije.

Razvrstavanje RNA vrsta

Funkcije nukleinskih kiselina u stanici vrlo su različite. I oni su najbrojniji u slučaju RNA. Međutim, ova polifunkcionalnost je još uvijek relativna, jer je jedna vrsta RNA odgovorna za jednu od funkcija. Postoje sljedeće vrste RNA:

• nuklearnih RNA virusa i bakterija;
• matrica (informacija) RNA;
• ribosomalna RNA;
• matrična RNA plazmida (kloroplasta);
• ribosomalna RNA kloroplasta;
• mitohondrijska ribosomalna RNA;
• mitohondrijska matrična RNA;
• transport RNA.

RNA funkcije

Ova klasifikacija sadrži nekoliko vrsta RNA, koje su razdvojene ovisno o lokaciji. Međutim, u funkcionalnom smislu, treba ih podijeliti u 4 vrste: nuklearni, informacijski, ribosomalni i transportni. Funkcija ribosomske RNA je sinteza proteina bazirana na nukleotidnoj sekvenci informacijske RNA. U ovom slučaju, aminokiseline su "dovedene" u ribosomalnu RNA, "nanizane" na informacijsku RNA, kroz transportnu ribonukleinsku kiselinu. Tako se sinteza odvija u bilo kojem organizmu koji ima ribosome. Struktura i funkcije nukleinskih kiselina pružaju i očuvanje genetskog materijala i stvaranje procesa sinteze proteina.

Mitohondrijske nukleinske kiseline

Ako informacije o tome što funkcionira u stanici izvode nukleinske kiseline koje se nalaze u jezgri ili citoplazmi, gotovo je sve poznato, tada podaci o mitohondrijskoj i plastidnoj DNA još uvijek nisu dovoljni. Ovdje su također pronađene specifične ribosomalne, kao i matrične RNA. Nukleinske kiseline DNK i RNA su ovdje prisutne čak iu većini autotrofičnih organizama.

Možda je nukleinska kiselina stigla u stanicu simbiogenezom. Ovaj put znanstvenici smatraju najvjerojatnijim zbog nedostatka alternativnih objašnjenja. Postupak se tretira kako slijedi: simbiozna autorotrofna bakterija ušla je u stanicu unutar određenog razdoblja. Kao rezultat toga, ovo denuklearizirane stanice živi unutar stanice i daje joj energiju, ali postupno se razgrađuje.

U početnim stadijima evolucijskog razvoja, vjerojatno je da je simbiotska, ne-nuklearna bakterija pokrenula mutacijske procese u jezgri stanice domaćina. To je omogućilo gene koji su odgovorni za održavanje informacija o strukturi mitohondrijskih proteina da prodiru u nukleinsku kiselinu stanice domaćina. Međutim, do sada nema puno informacija o tome koje funkcije u stanici izvode nukleinske kiseline mitohondrijskog podrijetla.

Vjerojatno, neki se proteini sintetiziraju u mitohondrijima, čija struktura još nije kodirana nuklearnom DNA ili RNA domaćinom. Također je vjerojatno da je mehanizam sinteze proteina potreban za stanicu samo zato što mnogi sintezni proteini u citoplazmi ne mogu proći kroz dvostruku membranu mitohondrija. U ovom slučaju, ove organele proizvode energiju, pa je u slučaju kanala ili specifičnog nosača proteina dovoljan za kretanje molekula i protiv gradijenta koncentracije.

Plazmidna DNA i RNA

U plastida (kloroplasta) također ima svoju vlastitu DNA, što je vjerojatno odgovoran je za provedbu slične funkcije kao u slučaju mitohondrija nukleinskih kiselina. Tu je i vlastita ribosomska, matrica i transportna RNA. Plastidi su, s obzirom na broj membrana, a ne broj biokemijskih reakcija, složenije. Čini se da mnogi plastidi imaju 4 sloja membrana, što znanstvenici objašnjavaju na različite načine.

Jedno je jasno: funkcije nukleinskih kiselina u stanici još nisu u potpunosti proučavane. Nije poznato kakva je važnost mitohondrijskog proteina u sintetizacijskom sustavu i kloroplazme analogno tome. Također nije jasno zašto se stanice trebaju mitohondrijsku nukleinske kiseline, ako proteini (očito ne i svi) su već kodirani u nuklearne DNA (ili RNA, ovisno o organizmu). Iako su neke od činjenica prisiljeni prihvatiti da se protein sinteze mitohondrijsku i kloroplasta sustav je odgovoran za iste funkcije kao DNA u jezgri i citoplazmi RNA. One čuvaju nasljedne informacije, reproduciraju i prenose ih stanicama kćeri.

rezime

Važno je razumjeti koje funkcije u stanici izvode nukleinske kiseline nuklearnog, plastidnog i mitohondrijskog podrijetla. To otvara mnoge mogućnosti za znanost jer se simbolički mehanizam, prema kojem se pojavljuju mnogi autotrofični organizmi, može danas reproducirati. Ovo će dobiti novu vrstu ćelija, možda čak i čovjeka. Iako je još prerano govoriti o izgledima za uvođenje mnogih membranskih plastidnih organela u stanice.

Mnogo je važnije razumjeti da su u stanicama nukleinskih kiselina odgovorne za gotovo sve procese. Ovo je biosinteza proteina, i očuvanje informacija o strukturi ćelije. Štoviše, mnogo je važnije da nukleinske kiseline ispunjavaju funkciju prijenosa nasljednog materijala od roditeljskih stanica do stanica kćeri. To jamči daljnji razvoj evolucijskih procesa.