Nukleīnskābēm ir svarīga loma šūnā, nodrošinot tās vitālo darbību un vairošanos. Šīs īpašības ļauj tās saukt par otrām svarīgākajām bioloģiskajām molekulām aiz olb altumvielām. Daudzi pētnieki pat pirmajā vietā liek DNS un RNS, norādot uz to galveno nozīmi dzīvības attīstībā. Tomēr tiem ir lemts ieņemt otro vietu aiz olb altumvielām, jo dzīvības pamatā ir tieši polipeptīda molekula.
Nukleīnskābes ir atšķirīgs dzīves līmenis, daudz sarežģītāks un interesantāks, jo katra veida molekula veic noteiktu darbu. Tas būtu jāizpēta sīkāk.
Nukleīnskābju jēdziens
Visas nukleīnskābes (DNS un RNS) ir bioloģiski neviendabīgi polimēri, kas atšķiras pēc ķēžu skaita. DNS ir divpavedienu polimēra molekula, kas satureikariotu organismu ģenētiskā informācija. Apļveida DNS molekulas var saturēt dažu vīrusu iedzimtu informāciju. Tie ir HIV un adenovīrusi. Ir arī 2 īpaši DNS veidi: mitohondriju un plastida (atrodams hloroplastos).
No otras puses,
RNS ir daudz vairāk veidu nukleīnskābes atšķirīgo funkciju dēļ. Ir kodola RNS, kas satur iedzimto informāciju par baktērijām un lielāko daļu vīrusu, matricu (vai ziņojuma RNS), ribosomu un transportu. Viņi visi ir iesaistīti vai nu iedzimtas informācijas uzglabāšanā, vai gēnu ekspresijā. Tomēr ir nepieciešams sīkāk saprast, kādas funkcijas šūnā veic nukleīnskābes.
DNS divpavedienu molekula
Šis DNS veids ir ideāla iedzimtas informācijas glabāšanas sistēma. Divpavedienu DNS molekula ir viena molekula, kas sastāv no neviendabīgiem monomēriem. Viņu uzdevums ir veidot ūdeņraža saites starp citas ķēdes nukleotīdiem. Pats DNS monomērs sastāv no slāpekļa bāzes, ortofosfāta atlikuma un piecu oglekļa monosaharīda dezoksiribozes. Atkarībā no tā, kāda veida slāpekļa bāze ir konkrēta DNS monomēra pamatā, tam ir savs nosaukums. DNS monomēru veidi:
- dezoksiriboze ar ortofosfāta atlikumu un adenila slāpekļa bāzi;
- timidīna slāpekļa bāze ar dezoksiribozi un ortofosfāta atlikumu;
- citozīna slāpekļa bāze, dezoksiribozes un ortofosfāta atlikumi;
- ortofosfāts ar dezoksiribozes un guanīna slāpekļa atlikumu.
Rakstiski, lai vienkāršotu DNS struktūras shēmu, adenila atlikumu apzīmē ar "A", guanīna atlikumu apzīmē ar "G", timidīna atlikumu apzīmē ar "T" un citozīna atlikumu apzīmē ar "C". ". Ir svarīgi, lai ģenētiskā informācija tiktu pārnesta no divpavedienu DNS molekulas uz ziņojuma RNS. Tam ir maz atšķirību: šeit kā ogļhidrātu atlikums ir nevis dezoksiriboze, bet riboze, un timidil-slāpekļa bāzes vietā RNS ir uracils.
DNS struktūra un funkcijas
DNS ir veidota pēc bioloģiskā polimēra principa, kurā viena ķēde tiek izveidota iepriekš pēc dotā šablona, atkarībā no mātes šūnas ģenētiskās informācijas. DNS nukleotīdus šeit savieno kovalentās saites. Pēc tam, saskaņā ar komplementaritātes principu, vienpavedienu molekulas nukleotīdiem tiek pievienoti citi nukleotīdi. Ja vienpavedienu molekulā sākumu attēlo nukleotīds adenīns, tad otrajā (komplementārajā) ķēdē tas atbildīs timīnam. Guanīns papildina citozīnu. Tādējādi tiek veidota divpavedienu DNS molekula. Tas atrodas kodolā un glabā iedzimtu informāciju, ko kodē kodoni - nukleotīdu tripleti. Divpavedienu DNS funkcijas:
- no vecākšūnas saņemtās iedzimtības informācijas saglabāšana;
- gēnu izteiksme;
- mutāciju izmaiņu novēršana.
Olb altumvielu un nukleīnskābju nozīme
Tiek uzskatīts, ka proteīnu un nukleīnskābju funkcijas ir izplatītas, proti:tie ir iesaistīti gēnu ekspresijā. Pati nukleīnskābe ir to uzglabāšanas vieta, un proteīns ir gala rezultāts, nolasot informāciju no gēna. Pats gēns ir vienas neatņemamas DNS molekulas sadaļa, kas iepakota hromosomā, kurā ar nukleotīdu palīdzību tiek ierakstīta informācija par noteikta proteīna uzbūvi. Viens gēns kodē tikai viena proteīna aminoskābju secību. Tas ir proteīns, kas ieviesīs iedzimto informāciju.
RNS tipu klasifikācija
Nukleīnskābju funkcijas šūnā ir ļoti dažādas. Un to visvairāk ir RNS gadījumā. Tomēr šī daudzfunkcionalitāte joprojām ir relatīva, jo viena veida RNS ir atbildīga par vienu no funkcijām. Šajā gadījumā ir šādi RNS veidi:
- vīrusu un baktēriju kodola RNS;
- matrica (informācija) RNS;
- ribosomu RNS;
- Ziņnesis RNS plazmīda (hloroplasts);
- Hloroplastu ribosomu RNS;
- mitohondriju ribosomu RNS;
- mitohondriju vēstnesis RNS;
- pārsūtīt RNS.
RNS funkcijas
Šajā klasifikācijā ir ietverti vairāki RNS veidi, kas ir sadalīti atkarībā no atrašanās vietas. Tomēr funkcionālā ziņā tos vajadzētu iedalīt tikai 4 veidos: kodolenerģijas, informācijas, ribosomu un transporta. Ribosomu RNS funkcija ir proteīnu sintēze, kuras pamatā ir Messenger RNS nukleotīdu secība. Kurāaminoskābes tiek "nogādātas" uz ribosomu RNS, "savērtas" uz ziņojuma RNS, izmantojot transporta ribonukleīnskābi. Tādā veidā sintēze notiek jebkurā organismā, kurā ir ribosomas. Nukleīnskābju struktūra un funkcijas nodrošina gan ģenētiskā materiāla saglabāšanu, gan proteīnu sintēzes procesu izveidi.
Mitohondriju nukleīnskābes
Ja par funkcijām šūnā ir zināms gandrīz viss, ko veic kodolā vai citoplazmā esošās nukleīnskābes, tad par mitohondriju un plastīdu DNS joprojām ir maz informācijas. Šeit ir atrastas arī specifiskas ribosomu un kurjeru RNS. Nukleīnskābes DNS un RNS šeit atrodas pat autotrofiskākajos organismos.
Iespējams, nukleīnskābe šūnā iekļuva simbioģenēzes ceļā. Šo ceļu zinātnieki uzskata par visticamāko alternatīvu skaidrojumu trūkuma dēļ. Process tiek uzskatīts šādi: simbiotiska autotrofiska baktērija noteiktā laika posmā nokļuva šūnā. Rezultātā šī šūna bez kodola dzīvo šūnā un nodrošina to ar enerģiju, bet pakāpeniski degradējas.
Sākotnējās evolūcijas attīstības stadijās, iespējams, simbiotiska nekodolbaktērija izraisīja mutācijas procesus saimniekšūnas kodolā. Tas ļāva gēnus, kas atbild par informācijas uzglabāšanu par mitohondriju proteīnu struktūru, ievadīt saimniekšūnas nukleīnskābē. Taču pagaidām kādas funkcijas šūnā veic mitohondriju izcelsmes nukleīnskābes,nav daudz informācijas.
Iespējams, daži proteīni tiek sintezēti mitohondrijās, kuru struktūra vēl nav kodēta ar saimniekorganisma kodola DNS vai RNS. Iespējams arī, ka šūnai ir nepieciešams savs proteīnu sintēzes mehānisms tikai tāpēc, ka daudzi citoplazmā sintezētie proteīni nevar tikt cauri mitohondriju dubultajai membrānai. Tajā pašā laikā šīs organellas ražo enerģiju, un tāpēc, ja proteīnam ir kanāls vai īpašs nesējs, ar to pietiks molekulu kustībai un pret koncentrācijas gradientu.
Plazmīdas DNS un RNS
Plastīdiem (hloroplastiem) ir arī sava DNS, kas, iespējams, ir atbildīga par līdzīgu funkciju izpildi, kā tas ir mitohondriju nukleīnskābēm. Tam ir arī sava ribosomu, ziņojuma un pārneses RNS. Turklāt plastidi, spriežot pēc membrānu skaita, nevis pēc bioķīmisko reakciju skaita, ir sarežģītāki. Gadās, ka daudziem plastidiem ir 4 membrānu slāņi, ko zinātnieki skaidro dažādi.
Acīmredzama ir viena lieta: nukleīnskābju funkcijas šūnā vēl nav pilnībā izpētītas. Nav zināms, kāda nozīme ir mitohondriju proteīnu sintezējošai sistēmai un analogai hloroplastiskajai sistēmai. Nav arī līdz galam skaidrs, kāpēc šūnām vajadzīgas mitohondriju nukleīnskābes, ja olb altumvielas (acīmredzot ne visas) jau ir iekodētas kodola DNS (vai RNS, atkarībā no organisma). Lai gan daži fakti liek mums piekrist, ka mitohondriju un hloroplastu proteīnu sintezējošā sistēma ir atbildīga par tādām pašām funkcijām kāun citoplazmas kodola DNS un RNS. Viņi glabā iedzimtu informāciju, atveido to un nodod meitas šūnām.
CV
Ir svarīgi saprast, kādas funkcijas šūnā veic kodola, plastīdu un mitohondriju izcelsmes nukleīnskābes. Tas paver daudzas zinātnei perspektīvas, jo simbiotisko mehānismu, saskaņā ar kuru parādījās daudzi autotrofiski organismi, šodien var atveidot. Tas dos iespēju iegūt jauna veida šūnas, iespējams, pat cilvēka. Lai gan ir pāragri runāt par daudzmembrānu plastidu organellu ievadīšanas iespējām šūnās.
Daudz svarīgāk ir saprast, ka nukleīnskābes ir atbildīgas par gandrīz visiem procesiem šūnā. Tā ir gan olb altumvielu biosintēze, gan informācijas par šūnas uzbūvi saglabāšana. Turklāt ir daudz svarīgāk, lai nukleīnskābes pildītu iedzimtā materiāla pārnešanas funkciju no vecāku šūnām uz meitas šūnām. Tas garantē evolūcijas procesu tālāku attīstību.
