Kādas šūnas funkcijas ir nukleīnskābes? Nukleīnskābju struktūra un funkcijas

Nukleīnskābēm ir svarīga loma šūnā, nodrošinot tās vitalitāti un reproduktivitāti. Šīs īpašības ļauj tās saukt par otrajām svarīgākajām biomolekulām pēc olbaltumvielām. Daudzi pētnieki arī pirmkārt uzņem DNS un RNS, norādot to galveno nozīmi dzīves attīstībā. Tomēr tie ir paredzēti, lai aizņemtu otro vietu pēc olbaltumvielām, jo dzīves bāze ir tikai polipeptīda molekula.

Nukleīnskābes ir vēl viens dzīves līmenis, kas ir daudz sarežģītāks un interesants, jo katra molekulas veids tam veic īpašu darbu. Tas jāsaprot sīkāk.

Nukleīnskābju jēdziens

Visas nukleīnskābes (DNS un RNS) ir bioloģiski neviendabīgi polimēri, kas atšķiras ķēžu skaitā. DNS ir divslāņu polimēru molekula, kas satur eikariotu organismu ģenētisko informāciju. Zvana DNS molekulas var saturēt iedzimtus dažu vīrusu datus. Tie ir HIV un adenovīrusi. Ir arī divi īpašie DNS veidi: mitohondriju un plastidu (atrodami hloroplastiem).

RNS ir arī daudz vairāk sugu, kas ir saistīts ar dažādām nukleīnskābju funkcijām. Pastāv kodolvielu RNS, kas satur iedzimtu informāciju par baktērijām un lielāko daļu vīrusu, matricu (vai informācijas RNS), ribosomu un transportu. Visi no viņiem piedalās iedzimtas informācijas glabāšanā vai gēnu izteiksmē. Tomēr, kādās šūnas funkcijās tiek veiktas nukleīnskābes, tas ir jāsaprot sīkāk.

Divpusēja DNS molekula

Šis DNS veids ir perfekta sistēma iedzimtas informācijas glabāšanai. Divpusējā DNS molekula ir viena molekula, kas sastāv no neviendabīgiem monomēriem. Viņu uzdevums ir veidot ūdeņraža saites starp citas ķēdes nukleotīdiem. Patiesībā DNS monomērs sastāv no slāpekļa bāzes, ortofosfāta atlikuma un piecu oglekļa dezoksiribozes monosaharīda. Atkarībā no tā, kāda veida slāpekļa bāze atrodas noteiktā DNS monomēra pamatnē, tai ir sava nosaukuma nosaukums. DNS monomēru veidi:

• Dezoksiriboze ar ortofosfāta atlikumu un adenilskābes slāpekļa bāzi;
• Timidīna slāpekļa bāze ar dezoksiribozes un ortofosfāta atlikumu;
• Citozīna slāpekļa bāze, desoksiribozes un ortofosfāta atlikums;
• Ortofosfāts ar dezoksiribozes un guanīna slāpekļa atlikumiem.

Rakstiski, lai vienkāršotu DNS struktūru, adenila atlikums ir apzīmēts kā "A", guanīns - "G", timidīns - "T" un citozīns - "C". Ir svarīgi, lai ģenētiskā informācija no dubultmasas DNS molekulas pārnest uz informācijas RNS. Ir maz atšķirību: šeit kā ogļhidrātu atlikums nav dezoksiribozes, bet riboze, un tā vietā, lai noteiktu RNS slāpekļa bāzu, ir uricils.

DNS struktūra un funkcija

DNS balstās uz bioloģiskā polimēra principu, kurā viena ķēde tiek izveidota iepriekš saskaņā ar konkrētu modeli, atkarībā no mātes šūnu ģenētiskās informācijas. DN nukleotīdi šeit ir savienoti ar kovalentām saitēm. Pēc tam, saskaņā ar komplementaritātes principu, vienlaidu molekulas nukleotīdi ir piesaistīti citiem nukleotīdiem. Ja vienā viļņotā molekulā izcelsmi attēlo nukleotīdu adenīns, tad otrajā (papildinošajā) ķēdē tas atbilst tiimīnam. Guanīns papildina citozīnu. Tādējādi tiek veidota dubultmasa DNS molekula. Tas ir kodolā un saglabā iedzimtās informācijas, ko kodē kodoni - triplets nukleotīdu. Divviru plazmas DNS funkcijas:

• Mantotās informācijas saglabāšana no mātes šūnas;
• Gēnu izteiksme;
• Šķērslis mutāciju izmaiņām.

Olbaltumvielu un nukleīnskābju nozīme

Tiek uzskatīts, ka olbaltumvielu un nukleīnskābju funkcijas ir kopīgas, proti: tās piedalās gēnu izpausmē. Pati nukleīnskābe ir to uzglabāšanas vieta, un olbaltumviela ir gēna informācijas nolasīšanas gala rezultāts. Šis gēns ir vienas pilnīgas DNS molekulas vieta, kas ir iesaiņota hromosomā, kurā informāciju par specifiskā proteīna struktūru reģistrē nukleotīdi. Viens gēns kodē tikai viena proteīna aminoskābju secību. Tā ir olbaltumviela, kas realizēs iedzimtās informācijas.

RNS sugu klasifikācija

Nukleīnskābju funkcijas šūnā ir ļoti dažādas. Un RNS gadījumā tie ir visvairāk. Tomēr šī polifunkcionalitāte joprojām ir relatīva, jo viena veida RNS ir atbildīga par vienu no funkcijām. Pastāv šādi RNS veidi:

• Kodol RNS vīrusi un baktērijas;
• Matrica (informācija) RNS;
• Ribosomāla RNS;
• Plazmīdu matricas RNS (hloroplasti);
• Hloroplastu ribosomālā RNS;
• Mitohondriju ribosomālas RNS;
• Mitohondriju matricas RNS;
• Transporta RNS.

RNS funkcijas

Šī klasifikācija satur vairākus RNS veidus, kuri ir atdalīti atkarībā no atrašanās vietas. Tomēr funkcionālā ziņā tos vajadzētu iedalīt 4 veidos: kodolenerģētika, informācija, ribosomāli un transports. Ribosomas RNS funkcija ir olbaltumvielu sintēze, kuras pamatā ir informācijas RNS nukleotīdu secība. Šajā gadījumā aminoskābes tiek "novadītas" uz ribosomu RNS, "pavirzās" uz informācijas RNS, izmantojot transporta ribonukleīnskābi. Tātad sintēze notiek jebkurā organismā, kuram ir ribosomas. Nukleīnskābju struktūra un funkcijas nodrošina gan ģenētiskā materiāla saglabāšanu, gan proteīnu sintēzes procesu veidošanos.

Mitohondriju nukleīnskābes

Ja informāciju par to, kuras funkcijas šūnas veic nukleīnskābēs, kas atrodas kodolā vai citoplazmā, praktiski viss ir zināms, tad informācija par mitohondriju un plastika DNS joprojām nav pietiekama. Šeit tika atrasti īpaši ribosomālie, kā arī matricas RNS. Nukleīnskābes DNS un RNS šeit atrodas pat visvairāk autotrofos.

Varbūt nukleīnskābe iekļūst šūnā ar simbioģenēzi. Šo ceļu zinātnieki uzskata par visticamāko alternatīvu skaidrojumu trūkuma dēļ. Procesu uzskata par sekojošu: simbiotiska autorotrofiska baktērija iekļūda šūnas noteiktā laika periodā. Rezultātā šī kodolenerģētiskā šūna dzīvo šūnā un nodrošina to ar enerģiju, bet tā pakāpeniski degradējas.

Evolūcijas attīstības sākuma posmos ir iespējams, ka simbiotiska, bez kodola baktērija ir pārvietojusi mutācijas procesus saimniekorganisma šūnas kodolā. Tas ļāva gēniem, kas atbildīgi par informācijas saglabāšanu par mitohondriju proteīnu struktūru, iekļūt saimniekorganisma šūnas nukleīnskābē. Tomēr līdz šim nav daudz informācijas par to, kādas funkcijas šūnā veic ar mitohondriālās izcelsmes nukleīnskābēm.

Iespējams, ka daži proteīni tiek sintezēti mitohondrijās, kuru struktūra vēl nav kodēta ar kodola DNS vai saimniekdatora RNS. Ir arī iespējams, ka šūnas ir nepieciešamas olbaltumvielu sintēzes mehānismam tikai tāpēc, ka daudzi proteīni, kas sintezēti citoplazmā, nevar iziet caur mitohondriju dubulto membrānu. Tajā pašā laikā šie organelli rada enerģiju, un tāpēc, ja olbaltumvielai ir kanāls vai īpašs pārvadātājs, pietiek ar molekulu kustību un pret koncentrācijas gradientu.

Plasmid DNA and RNA

Plastidiem (hloroplastiem) ir arī sava DNS, kas, iespējams, ir atbildīga par līdzīgu funkciju realizāciju, piemēram, mitohondriju nukleīnskābju gadījumā. Tam ir arī savs ribosomu, matricu un transporta RNS. Un plastidi, vērtējot pēc membrānu skaita, nevis pēc bioķīmisko reakciju skaita, ir sarežģītāki. Tas gadās, ka daudziem plastidiem ir 4 membrānu slāņi, ko zinātnieki izskaidro dažādos veidos.

Viena lieta ir skaidra: nukleīnskābju funkcijas šūnā vēl nav pilnībā izpētītas. Nav zināms, cik svarīga ir mitohondriju olbaltumvielu sintezēšanas sistēmai un hloroplastiskajai analīzei. Nav arī pilnīgi skaidrs, kāpēc šūnām nepieciešami mitohondriju nukleīnskābi, ja olbaltumvielas (protams, ne visas) jau kodētas DNS kodolā (vai RNS, atkarībā no organisma). Lai gan daži fakti liek mums vienoties, ka mitohondriju un hloroplastu olbaltumvielu sintezēšanas sistēma ir atbildīga par tādām pašām funkcijām kā citoplazmas kodola un RNS DNS. Viņi saglabā iedzimto informāciju, pavairot to un nodod to meitas šūnām.

Kopsavilkums

Ir svarīgi saprast, kādas funkcijas šūnā veic ar nukleīnskābēm no kodola, plastika un mitohondriālās izcelsmes. Tas paver daudzas zinātnes perspektīvas, jo mūsdienās var reproducēt simbiotisko mehānismu, saskaņā ar kuru parādījās daudzi autotrofiski organismi. Tas iegūs jaunu šūnu tipu, varbūt pat cilvēku. Lai gan ir pārāk agri runāt par daudzu membrānu plastiņveida organellu ieviešanas iespējām šūnās.

Daudz svarīgāk ir saprast, ka šūnu nukleīnskābēs ir atbildīgas gandrīz par visiem procesiem. Tā ir proteīna biosintēze un informācijas saglabāšana par šūnas struktūru. Vēl svarīgāk ir tas, ka nukleīnskābes kalpo kā iedzimta materiāla nodošana no mātes šūnām uz meitas šūnām. Tas garantē evolucionāro procesu tālāku attīstību.