Какви функции в клетката са нуклеиновите киселини? Структура и функции на нуклеиновите киселини

Нуклеиновите киселини играят важна роля в клетката, като гарантират жизнената си активност и възпроизводството. Тези свойства им позволяват да ги наречем вторите най-важни биологични молекули след протеините. Много изследователи дори приемат ДНК и РНК на първо място, което предполага, че са важни за развитието на живота. Въпреки това, те са предназначени да заемат второ място след протеините, защото основата на живота е само полипептидна молекула.

Нуклеиновите киселини са друго ниво на живот, много по-сложно и интересно, защото всеки вид молекула изпълнява специфична работа за него. Това трябва да бъде разбрано по-подробно.

Концепцията за нуклеинови киселини

Всички нуклеинови киселини (ДНК и РНК) са биологични хетерогенни полимери, които се различават по броя на веригите. ДНК е двойно-верижна полимерна молекула, която съдържа генетичната информация на еукариотните организми. Молекулите на ДНК на пръстена могат да съдържат наследствена информация за някои вируси. Това са ХИВ и аденовируси. Съществуват и 2 специални вида ДНК: митохондриална и пластидна (намираща се в хлоропласти).

РНК също има много повече видове, което се дължи на различни функции на нуклеиновата киселина. Има ядрена РНК, която съдържа наследствена информация за бактериите и повечето вируси, матрицата (или информационната РНК), рибозомата и транспорта. Всички те участват или на склад наследствена информация, или в експресията на гените. Обаче, какви функции в клетката се извършват от нуклеинови киселини, е необходимо да се разбере по-подробно.

Двойно-верижната ДНК молекула

Този тип ДНК е перфектната система за съхранение на наследствена информация. Двойно-верижната ДНК молекула е единична молекула, състояща се от хетерогенни мономери. Задачата им е образуването на водородни връзки между нуклеотидите на друга верига. себе си ДНК мономер се състои от азотна основа, ортофосфатен остатък и пет-въглероден дезоксирибозен монозахарид. В зависимост от това кой тип азотна основа се намира в основата на конкретен ДНК мономер, той има своето име. Видове ДНК мономери:

• деоксирибоза с ортофосфатен остатък и аденилова азотна база;
• тимидин азотна база с деоксирибоза и ортофосфатен остатък;
• цитозин азотна база, дезоксирибоза и ортофосфатен остатък;
• ортофосфат с деоксирибоза и гуанинов азотен остатък.

На писмо за опростяване на схемата структура на ДНК адениловият остатък е означен като "А", гуанин - "G", тимидин - "Т" и цитозин - "С". Важно е генетичната информация да се прехвърля от двойноверижна ДНК молекула към информационната РНК. Има малко разлики: тук като въглехидратен остатък няма деоксирибоза, а рибоза, а вместо тимидилова азотна база в РНК се открива урацил.

Структура и функция на ДНК

ДНК е изградена на принципа на биологичен полимер, при който една верига се създава предварително според даден модел, в зависимост от генетичната информация на родителската клетка. Нуклеоидите на ДНК са свързани тук чрез ковалентни връзки. След това, до принципът на взаимно допълване, Други нуклеотиди са прикрепени към нуклеотидите на едноверижната молекула. Ако в едноверижната молекула произходът е представен от нуклеотидния аденин, то във втората (допълваща) верига той ще съответства на тимин. Гуанинът е допълващ цитозин. По този начин се конструира двойно-верижна ДНК молекула. Той е в ядрото и съхранява наследствена информация, която е кодирана от кодони - тройни нуклеотиди. Функции на двойноверижна ДНК:

• Запазване на наследствената информация, получена от родителската клетка;
• генна експресия;
• пречка за промените в мутацията.

Значението на протеините и нуклеиновите киселини

Смята се, че функциите на протеините и нуклеиновите киселини са често срещани, а именно: те участват в експресията на гените. Самата нуклеинова киселина е тяхното място за съхранение и протеинът е крайният резултат от прочитането на информацията от гена. Самият ген е мястото на една пълна ДНК молекула, опакована в хромозома, в която информацията за структурата на специфичен протеин се записва от нуклеотидите. Един ген кодира амино киселинната последователност само на един протеин. Това е протеинът, който ще реализира наследствена информация.

Класификация на видовете РНК

Функциите на нуклеиновите киселини в клетката са много разнообразни. И те са най-многобройни в случая на РНК. Въпреки това, тази полифункционалност все още е относителна, защото един тип РНК отговаря за една от функциите. Съществуват следните видове РНК:

• ядрени РНК вируси и бактерии;
• матрична (информация) РНК;
• рибозомна РНК;
• матрична РНК от плазмиди (хлоропласти);
• рибозомална РНК от хлоропласти;
• митохондриална рибозомна РНК;
• митохондриална матрична РНК;
• транспортната РНК.

РНК функции

Тази класификация съдържа няколко вида РНК, които са разделени в зависимост от местоположението. От гледна точка на функционалността обаче те трябва да бъдат разделени на 4 вида: ядрена, информационна, рибозомална и транспортна. Функцията на рибозомната РНК е протеинов синтез, базиран на нуклеотидната последователност на информационната РНК. В този случай аминокиселините се "вкарват" в рибозомната РНК, "нанизана" върху информационната РНК чрез транспортна рибонуклеинова киселина. Така че синтеза се извършва във всеки организъм, който има рибозоми. Структурата и функциите на нуклеиновите киселини осигуряват запазването на генетичния материал и създаването на протеинови синтези.

Митохондриални нуклеинови киселини

Ако информацията за функциите в клетката се осъществява от нуклеинови киселини, разположени в ядрото или цитоплазмата, почти всичко е известно, тогава информацията за митохондриалната и пластидната ДНК все още не е достатъчна. Описани са също така специфични рибозомни, както и матрични РНК. Нуклеинови киселини ДНК и РНК присъстват тук дори и в най-автотрофните организми.

Вероятно, нуклеиновата киселина се появи в клетката чрез симбиогенеза. Този път се счита от учените за най-вероятно поради липсата на алтернативни обяснения. Процесът се третира както следва: симбиотична авторотрофна бактерия влезе в клетката в рамките на определен период от време. В резултат на това денуклеарна клетка живее в клетката и й осигурява енергия, но постепенно се разгражда.

В началните етапи на еволюционното развитие, вероятно е симбиотична, не-ядрена бактерия да премести генетичните процеси в ядрото на клетката гостоприемник. Това позволява на гените, отговорни за поддържането на информация за структурата на митохондриалните протеини, да проникнат в нуклеиновата киселина на клетката гостоприемник. Досега обаче няма много информация за това какви функции в клетката се извършват от нуклеинови киселини с митохондриален произход.

Вероятно някои протеини се синтезират в митохондрии, чиято структура все още не е кодирана от ядрена ДНК или РНК на гостоприемник. Също така е вероятно механизмът за синтез на протеини да е необходим за клетката само защото много протеини, синтезирани в цитоплазмата, не могат да преминат през двойната мембрана на митохондриите. В този случай тези органилели произвеждат енергия и следователно, в случай на канал или специфичен носител за протеина, е достатъчно за движението на молекулите и срещу градиента на концентрация.

Плазмидна ДНК и РНК

Пластидите (хлоропласти) също имат собствена ДНК, която вероятно е отговорна за реализацията на подобни функции, както в случая с митохондриалните нуклеинови киселини. Съществува и собствена рибозомална, матрична и транспортна РНК. А пластидите, съдейки по броя на мембраните, а не по броя на биохимичните реакции, са по-сложни. Това се случва, че много пластиди имат 4 слоя мембрани, което се обяснява от учени по различни начини.

Едно е ясно: функциите на нуклеиновите киселини в клетката все още не са напълно проучени. Не е известно каква е важността на митохондриалния протеин за системата за синтезиране и хлоропластичния аналог към него. Също така не е напълно ясно защо клетките се нуждаят от митохондриални нуклеинови киселини, ако протеините (очевидно не всички) вече са кодирани в ядрена ДНК (или РНК, в зависимост от организма). Въпреки че някои факти ни принуждават да се съгласим, че системата за синтезиране на протеини на митохондрии и хлоропласти е отговорна за същите функции като ДНК на ядрото и РНК на цитоплазмата. Те съхраняват наследствената информация, я възпроизвеждат и я предават на дъщерните клетки.

резюме

Важно е да се разбере какви функции в клетката се извършват от нуклеинови киселини от ядрен, пластиден и митохондриален произход. Това отваря многобройни перспективи за наука, защото механизмът symbiont, според който са се появили много автотрофни организми, може да бъде възпроизведен днес. Това ще получи нов тип клетка, може би дори и човешка. Въпреки че все още е твърде рано да се говори за перспективите за въвеждане на много мембранни пластидни органели в клетки.

Много по-важно е да се разбере, че в клетката нуклеиновите киселини са отговорни за почти всички процеси. Това е протеинова биосинтеза, и съхраняване на информация за структурата на клетката. Освен това е много по-важно нуклеиновите киселини да изпълняват функцията на прехвърляне на наследствения материал от родителските клетки към дъщерните клетки. Това гарантира по-нататъшното развитие на еволюционните процеси.