Nukleinske kiseline igraju važnu ulogu u ćeliji, osiguravajući njenu vitalnu aktivnost i reprodukciju. Ova svojstva omogućavaju da ih nazovemo drugim najvažnijim biološkim molekulima nakon proteina. Mnogi istraživači čak stavljaju DNK i RNK na prvo mjesto, implicirajući njihov glavni značaj u razvoju života. Ipak, oni su predodređeni da zauzmu drugo mjesto nakon proteina, jer je osnova života upravo polipeptidni molekul.
Nukleinske kiseline su drugačiji nivo života, mnogo složeniji i zanimljiviji zbog činjenice da svaka vrsta molekula radi specifičan posao za nju. Ovo bi trebalo detaljnije razmotriti.
Koncept nukleinskih kiselina
Sve nukleinske kiseline (DNK i RNA) su biološki heterogeni polimeri koji se razlikuju po broju lanaca. DNK je dvolančani polimerni molekul koji sadržigenetske informacije eukariotskih organizama. Kružne DNK molekule mogu sadržavati nasljedne informacije nekih virusa. To su HIV i adenovirusi. Postoje i 2 posebna tipa DNK: mitohondrijska i plastidna (nalaze se u hloroplastima).
RNA, s druge strane, ima mnogo više tipova, zbog različitih funkcija nukleinske kiseline. Postoji nuklearna RNK, koja sadrži nasljedne informacije bakterija i većine virusa, matričnu (ili glasničku RNA), ribosomsku i transportnu. Svi oni su uključeni ili u skladištenje nasljednih informacija ili u ekspresiju gena. Međutim, potrebno je detaljnije razumjeti koje funkcije nukleinske kiseline obavljaju u ćeliji.
dvolančana DNK molekula
Ova vrsta DNK je savršen sistem skladištenja nasljednih informacija. Dvolančana DNK molekula je jednostruka molekula sastavljena od heterogenih monomera. Njihov zadatak je formiranje vodikovih veza između nukleotida drugog lanca. Sam DNK monomer se sastoji od azotne baze, ortofosfatnog ostatka i petougljičnog monosaharida deoksiriboze. U zavisnosti od toga koji tip azotne baze leži u osnovi određenog DNK monomera, on ima svoje ime. Vrste DNK monomera:
- deoksiriboza sa ortofosfatnim ostatkom i adenilom azotnom bazom;
- timidinska dušična baza sa deoksiribozom i ostatkom ortofosfata;
- citozin azotna baza, deoksiriboza i ostatak ortofosfata;
- ortofosfat sa deoksiribozom i azotnim ostatkom gvanina.
U pisanom obliku, da bi se pojednostavila shema strukture DNK, adenilni ostatak je označen kao "A", ostatak gvanina je označen kao "G", ostatak timidina je "T", a citozinski ostatak je "C ". Važno je da se genetske informacije prenesu sa dvolančane DNK molekule na RNA. Ima nekoliko razlika: ovdje, kao ostatak ugljikohidrata, ne postoji deoksiriboza, već riboza, a umjesto timidilne dušične baze, u RNK se javlja uracil.
Struktura i funkcije DNK
DNK je izgrađena na principu biološkog polimera, u kojem se unaprijed kreira jedan lanac prema datom šablonu, ovisno o genetskim informacijama roditeljske ćelije. DNK nukleotidi su ovdje povezani kovalentnim vezama. Zatim se, prema principu komplementarnosti, drugi nukleotidi vezuju za nukleotide jednolančane molekule. Ako je u jednolančanoj molekuli početak predstavljen nukleotidom adeninom, onda će u drugom (komplementarnom) lancu odgovarati timinu. Gvanin je komplementaran citozinu. Tako se gradi dvolančana molekula DNK. Nalazi se u jezgri i pohranjuje nasljedne informacije, koje su kodirane kodonima - trojkama nukleotida. Funkcije dvolančane DNK:
- očuvanje nasljednih informacija primljenih iz matične ćelije;
- izraz gena;
- prevencija mutacijskih promjena.
Važnost proteina i nukleinskih kiselina
Vjeruje se da su funkcije proteina i nukleinskih kiselina uobičajene, i to:oni su uključeni u ekspresiju gena. Sama nukleinska kiselina je njihovo mjesto skladištenja, a protein je krajnji rezultat čitanja informacija iz gena. Sam gen je dio jedne integralne DNK molekule, spakovane u hromozom, u kojem se putem nukleotida bilježe informacije o strukturi određenog proteina. Jedan gen kodira sekvencu aminokiselina samo jednog proteina. To je protein koji će implementirati nasljedne informacije.
Klasifikacija RNA tipova
Funkcije nukleinskih kiselina u ćeliji su veoma raznolike. A najbrojniji su u slučaju RNK. Međutim, ova multifunkcionalnost je i dalje relativna, jer je jedna vrsta RNK odgovorna za jednu od funkcija. U ovom slučaju, postoje sljedeće vrste RNK:
- nuklearna RNK virusa i bakterija;
- matrica (informacija) RNA;
- ribosomalna RNA;
- messenger RNA plazmid (hloroplast);
- Chloroplast ribosomal RNA;
- mitohondrijska ribosomalna RNA;
- mitohondrijski glasnik RNA;
- transfer RNA.
RNA funkcije
Ova klasifikacija sadrži nekoliko tipova RNK, koji se dijele ovisno o lokaciji. Međutim, funkcionalno ih treba podijeliti na samo 4 tipa: nuklearne, informacijske, ribosomalne i transportne. Funkcija ribosomske RNK je sinteza proteina zasnovana na nukleotidnoj sekvenci glasničke RNK. Gdeaminokiseline se "dovode" do ribosomske RNK, "nanizane" na glasničku RNK, pomoću transportne ribonukleinske kiseline. Ovako se odvija sinteza u bilo kojem organizmu koji ima ribozome. Struktura i funkcije nukleinskih kiselina obezbeđuju i očuvanje genetskog materijala i stvaranje procesa sinteze proteina.
Mitohondrijske nukleinske kiseline
Ako se gotovo sve zna o funkcijama u ćeliji koje obavljaju nukleinske kiseline koje se nalaze u jezgru ili citoplazmi, onda je još uvijek malo informacija o mitohondrijskoj i plastidnoj DNK. Ovdje su također pronađene specifične ribosomske i glasničke RNK. Nukleinske kiseline DNK i RNA prisutne su ovdje čak iu najautotrofnijim organizmima.
Možda je nukleinska kiselina ušla u ćeliju simbiogenezom. Ovaj put naučnici smatraju najvjerovatnijim zbog nedostatka alternativnih objašnjenja. Proces se smatra na sljedeći način: simbiotska autotrofna bakterija ušla je u ćeliju u određenom periodu. Kao rezultat, ova ćelija bez nuklearne energije živi unutar ćelije i daje joj energiju, ali se postepeno degradira.
U početnim fazama evolucijskog razvoja, vjerovatno je simbiozna nenuklearna bakterija pokrenula procese mutacije u jezgru ćelije domaćina. Ovo je omogućilo da se geni odgovorni za skladištenje informacija o strukturi mitohondrijalnih proteina unesu u nukleinsku kiselinu ćelije domaćina. Međutim, za sada koje funkcije u ćeliji obavljaju nukleinske kiseline mitohondrijalnog porijekla,nema puno informacija.
Verovatno se neki proteini sintetiziraju u mitohondrijima, čija struktura još nije kodirana nuklearnom DNK ili RNK domaćina. Također je vjerovatno da je ćeliji potreban vlastiti mehanizam sinteze proteina samo zato što mnogi proteini sintetizirani u citoplazmi ne mogu proći kroz dvostruku membranu mitohondrija. Istovremeno, ove organele proizvode energiju, i stoga, ako postoji kanal ili specifičan nosač za protein, to će biti dovoljno za kretanje molekula i protiv gradijenta koncentracije.
Plazmidna DNK i RNA
Plastidi (hloroplasti) takođe imaju svoj DNK, koji je verovatno odgovoran za implementaciju sličnih funkcija, kao što je slučaj sa mitohondrijalnim nukleinskim kiselinama. Takođe ima sopstvenu ribosomsku, glasničku i transfernu RNK. Štoviše, plastidi su, sudeći po broju membrana, a ne po broju biokemijskih reakcija, složeniji. Dešava se da mnogi plastidi imaju 4 sloja membrane, što naučnici objašnjavaju na različite načine.
Jedna stvar je očigledna: funkcije nukleinskih kiselina u ćeliji još nisu u potpunosti proučene. Nije poznato kakav značaj imaju sistem za sintezu mitohondrijalnih proteina i analogni hloroplastični sistem. Također nije sasvim jasno zašto su ćelijama potrebne mitohondrijske nukleinske kiseline ako su proteini (očito ne svi) već kodirani u nuklearnoj DNK (ili RNK, ovisno o organizmu). Iako nas neke činjenice tjeraju da se složimo da je sistem mitohondrija i hloroplasta koji sintetiše proteine odgovoran za iste funkcije kaoi DNK jezgra i RNK citoplazme. Oni pohranjuju nasljedne informacije, reprodukuju ih i prenose ćelijama kćerima.
CV
Važno je razumjeti koje funkcije u ćeliji obavljaju nukleinske kiseline nuklearnog, plastidnog i mitohondrijalnog porijekla. To otvara mnoge izglede za nauku, jer se simbiotski mehanizam, prema kojem su se pojavili mnogi autotrofni organizmi, danas može reproducirati. Ovo će omogućiti dobijanje nove vrste ćelije, možda čak i ljudske. Iako je prerano govoriti o izgledima za uvođenje multimembranskih plastidnih organela u ćelije.
Mnogo je važnije shvatiti da su nukleinske kiseline odgovorne za gotovo sve procese u ćeliji. Ovo je i biosinteza proteina i očuvanje informacija o strukturi ćelije. Štoviše, mnogo je važnije da nukleinske kiseline obavljaju funkciju prijenosa nasljednog materijala sa roditeljskih ćelija na ćelije kćeri. Ovo garantuje dalji razvoj evolucionih procesa.
