A nukleinsavak fontos szerepet játszanak a sejtben, biztosítva annak létfontosságú tevékenységét és szaporodását. Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik, hogy a fehérjék után a második legfontosabb biológiai molekulának nevezzük őket. Sok kutató még a DNS-t és az RNS-t is az első helyre helyezi, ami arra utal, hogy ezek a legfontosabbak az élet kialakulásában. Ennek ellenére a fehérjék után a második helyre szánják őket, mert az élet alapja pontosan a polipeptid molekula.
A nukleinsavak az élet más szintjét képviselik, sokkal összetettebbek és érdekesebbek, mivel minden molekulafajta sajátos feladatot lát el érte. Ezt részletesebben meg kell vizsgálni.
A nukleinsavak fogalma
Minden nukleinsav (DNS és RNS) biológiailag heterogén polimer, amely a láncok számában különbözik. A DNS egy kétszálú polimer molekula, amely tartalmazaz eukarióta szervezetek genetikai információi. A körkörös DNS-molekulák tartalmazhatják egyes vírusok örökletes információit. Ezek a HIV és az adenovírusok. A DNS-nek 2 speciális típusa is létezik: mitokondriális és plasztid (a kloroplasztiszokban található).
A
RNS-nek viszont sokkal több típusa van, a nukleinsav eltérő funkciói miatt. Létezik nukleáris RNS, amely tartalmazza a baktériumok és a legtöbb vírus örökletes információit, a mátrixot (vagy hírvivő RNS-t), a riboszómális és a transzportot. Mindegyik részt vesz vagy az örökletes információ tárolásában, vagy a génexpresszióban. Azonban részletesebben meg kell értenünk, milyen funkciókat látnak el a nukleinsavak a sejtben.
Kétszálú DNS-molekula
Ez a típusú DNS tökéletes tárolórendszer az örökletes információk tárolására. A kettős szálú DNS-molekula egyetlen molekula, amely heterogén monomerekből áll. Feladatuk egy másik lánc nukleotidjai között hidrogénkötések kialakítása. Maga a DNS monomer egy nitrogéntartalmú bázisból, egy ortofoszfát maradékból és egy öt szénatomos monoszacharid dezoxiribózból áll. Attól függően, hogy egy adott DNS-monomer milyen típusú nitrogéntartalmú bázist tartalmaz, annak saját neve van. A DNS-monomerek típusai:
- dezoxiribóz ortofoszfát-maradékkal és adenil-nitrogéntartalmú bázissal;
- timidin nitrogénbázis dezoxiribózzal és ortofoszfát-maradékkal;
- citozin nitrogénbázis, dezoxiribóz és ortofoszfát maradék;
- ortofoszfát dezoxiribózzal és guanin nitrogéntartalmú maradékkal.
Írásban a DNS szerkezeti séma egyszerűsítése érdekében az adenil-maradékot "A"-val, a guanint "G-vel", a timidint "T-vel", a citozin-maradékot "C-vel" jelöljük. ". Fontos, hogy a genetikai információ átkerüljön a kétszálú DNS-molekulából a hírvivő RNS-be. Kevés különbség van benne: itt szénhidrátmaradékként nem dezoxiribóz, hanem ribóz van, és a timidil-nitrogénbázis helyett az uracil fordul elő az RNS-ben.
A DNS szerkezete és funkciói
A
DNS egy biológiai polimer elvén épül fel, amelyben egy lánc előre jön létre egy adott sablon szerint, a szülősejt genetikai információitól függően. A DNS-nukleotidok itt kovalens kötésekkel kapcsolódnak össze. Ezután a komplementaritás elve szerint az egyszálú molekula nukleotidjaihoz más nukleotidok kapcsolódnak. Ha egy egyszálú molekulában a kezdetet az adenin nukleotid képviseli, akkor a második (komplementer) láncban a timinnek felel meg. A guanin a citozin komplementere. Így egy kétszálú DNS-molekula épül fel. A sejtmagban található, és örökletes információkat tárol, amelyeket kodonok - nukleotidhármasok - kódolnak. Kétszálú DNS funkciók:
- a szülőcellától kapott örökletes információk megőrzése;
- génexpresszió;
- mutációs változások megelőzése.
A fehérjék és nukleinsavak jelentősége
Úgy tartják, hogy a fehérjék és a nukleinsavak funkciói közösek, nevezetesen:részt vesznek a génexpresszióban. Maga a nukleinsav a tárolási helyük, a fehérje pedig a génből származó információolvasás végeredménye. Maga a gén egy integrált DNS-molekula egy kromoszómába csomagolt szakasza, amelyben egy bizonyos fehérje szerkezetére vonatkozó információkat nukleotidok segítségével rögzítik. Egy gén csak egy fehérje aminosavszekvenciáját kódolja. Ez a fehérje fogja megvalósítani az örökletes információkat.
RNS-típusok osztályozása
A nukleinsavak funkciói a sejtben nagyon változatosak. És ezek a legtöbbek az RNS esetében. Ez a multifunkcionalitás azonban még mindig relatív, mert az egyik funkcióért egy RNS típus felel. Ebben az esetben a következő típusú RNS-ek vannak:
- vírusok és baktériumok nukleáris RNS-e;
- mátrix (információ) RNS;
- riboszomális RNS;
- hírvivő RNS plazmid (kloroplaszt);
- Kloroplaszt riboszomális RNS;
- mitokondriális riboszómális RNS;
- mitokondriális hírvivő RNS;
- RNS átvitele.
RNA-funkciók
Ez a besorolás többféle RNS-t tartalmaz, amelyek helytől függően vannak felosztva. Funkcionális szempontból azonban csak 4 típusra kell osztani őket: nukleáris, információs, riboszómális és transzport. A riboszómális RNS funkciója a hírvivő RNS nukleotidszekvenciáján alapuló fehérjeszintézis. AholAz aminosavakat a riboszómális RNS-hez "hozzák", a hírvivő RNS-re "fűzik" egy transzport ribonukleinsav segítségével. Így megy végbe a szintézis minden olyan szervezetben, amely riboszómákkal rendelkezik. A nukleinsavak szerkezete és funkciói egyaránt biztosítják a genetikai anyag megőrzését és a fehérjeszintézis folyamatok létrehozását.
Mitokondriális nukleinsavak
Ha szinte mindent tudunk a sejtmagban vagy citoplazmában található nukleinsavak által a sejtben végzett funkciókról, akkor a mitokondriális és plasztid DNS-ről még mindig kevés információ áll rendelkezésre. Itt találtak specifikus riboszómális és hírvivő RNS-eket is. A DNS és az RNS nukleinsavai még a legautotrófabb szervezetekben is jelen vannak.
Talán a nukleinsav szimbiogenezis útján került a sejtbe. A tudósok ezt az utat tartják a legvalószínűbbnek az alternatív magyarázatok hiánya miatt. A folyamatot a következőképpen tekintjük: egy szimbiotikus autotróf baktérium egy bizonyos időszakban bejutott a sejtbe. Ennek eredményeként ez a magmentes sejt a sejt belsejében él, és ellátja azt energiával, de fokozatosan lebomlik.
Az evolúciós fejlődés kezdeti szakaszában valószínűleg egy szimbiotikus, nem nukleáris baktérium mozgatta meg a mutációs folyamatokat a gazdasejt magjában. Ez lehetővé tette a mitokondriális fehérjék szerkezetére vonatkozó információk tárolásáért felelős gének bejutását a gazdasejt nukleinsavába. Egyelőre azonban, hogy a sejtben milyen funkciókat látnak el a mitokondriális eredetű nukleinsavak,nem sok információ.
Valószínűleg a mitokondriumokban szintetizálódnak bizonyos fehérjék, amelyek szerkezetét még nem kódolja a gazdaszervezet nukleáris DNS-e vagy RNS-e. Valószínű az is, hogy a sejtnek csak azért van szüksége saját fehérjeszintézis-mechanizmusra, mert számos, a citoplazmában szintetizált fehérje nem tud átjutni a mitokondrium kettős membránján. Ugyanakkor ezek az organellumok energiát termelnek, ezért ha van csatorna vagy specifikus hordozó a fehérjének, az elegendő lesz a molekulák mozgásához és a koncentráció gradiens ellen.
Plazmid DNS és RNS
A plasztiszok (kloroplasztok) saját DNS-sel is rendelkeznek, amely valószínűleg hasonló funkciók végrehajtásáért felelős, mint a mitokondriális nukleinsavak esetében. Saját riboszómális, hírvivő és transzfer RNS-sel is rendelkezik. Ráadásul a plasztidok a membránok számából ítélve, és nem a biokémiai reakciók száma alapján, bonyolultabbak. Előfordul, hogy sok plasztid 4 rétegű membránnal rendelkezik, amit a tudósok többféleképpen magyaráznak.
Egy dolog nyilvánvaló: a sejtben lévő nukleinsavak funkcióit még nem vizsgálták teljesen. Nem ismert, hogy milyen jelentősége van a mitokondriális fehérjeszintetizáló rendszernek és az analóg kloroplasztikus rendszernek. Az sem teljesen világos, hogy a sejteknek miért van szükségük mitokondriális nukleinsavakra, ha a fehérjék (nyilván nem mindegyik) már a sejtmag DNS-ben (vagy szervezettől függően RNS-ben) vannak kódolva. Bár bizonyos tények arra késztetnek bennünket, hogy egyetértsünk abban, hogy a mitokondriumok és a kloroplasztiszok fehérjeszintetizáló rendszere ugyanazokért a funkciókért felelős, mintvalamint a sejtmag DNS-e és a citoplazma RNS-e. Az örökletes információkat tárolják, reprodukálják és továbbadják a leánysejteknek.
CV
Fontos megérteni, hogy a sejtben milyen funkciókat látnak el a nukleáris, plasztid és mitokondriális eredetű nukleinsavak. Ez számos távlatot nyit a tudomány előtt, mert az a szimbiotikus mechanizmus, amely szerint számos autotróf organizmus megjelent, ma már reprodukálható. Ez lehetővé teszi egy új típusú sejt beszerzését, talán még egy emberi sejtet is. Bár még túl korai beszélni a több membránból álló plasztid organellumok sejtbe való bejuttatásának kilátásairól.
Sokkal fontosabb megérteni, hogy a nukleinsavak felelősek szinte minden folyamatért a sejtben. Ez egyszerre fehérje bioszintézis és a sejt szerkezetére vonatkozó információk megőrzése. Sokkal fontosabb továbbá, hogy a nukleinsavak azt a funkciót töltsék be, hogy az anyasejtekből a leánysejtekbe örökítő anyagot vigyenek át. Ez garantálja az evolúciós folyamatok további fejlődését.
