Acizii nucleici joacă un rol important în celulă,asigurandu-i activitatea vitala si reproducerea. Aceste proprietăți fac posibil să le numim a doua cea mai importantă moleculă biologică după proteine. Mulți cercetători pun chiar ADN-ul și ARN-ul pe primul loc, ceea ce implică importanța lor principală în dezvoltarea vieții. Ele sunt însă menite să ocupe locul al doilea după proteine, deoarece baza vieții este tocmai molecula polipeptidică.
Acizii nucleici sunt un alt nivel de viață, mult mai complex și interesant datorită faptului că fiecare tip de moleculă îndeplinește o funcție specifică. Acest lucru ar trebui analizat mai detaliat.
Conceptul de acizi nucleici
Toți acizii nucleici (ADN și ARN) suntsunt polimeri biologic eterogene care diferă ca număr de lanțuri. ADN-ul este o moleculă de polimer dublu catenar care conține informațiile genetice ale organismelor eucariote. Moleculele de ADN circulare pot conține informații ereditare de la unii viruși. Acestea sunt HIV și adenovirusuri. Există, de asemenea, 2 tipuri speciale de ADN: mitocondrial și plastid (se găsește în cloroplaste).
ARN-ul are mult mai multe tipuri, caredatorită diferitelor funcții ale acidului nucleic. Există ARN nuclear, care conține informațiile ereditare ale bacteriilor și ale majorității virusurilor, matrice (sau ARN mesager), ribozomal și transport. Toate sunt implicate fie în stocarea informațiilor ereditare, fie în expresia genelor. Cu toate acestea, ce funcții îndeplinesc acizii nucleici într-o celulă ar trebui să fie înțelese mai detaliat.
Moleculă de ADN dublu catenar
Acest tip de ADN este un sistem de stocare perfectinformații ereditare. O moleculă de ADN dublu catenar este o singură moleculă constând din monomeri eterogene. Sarcina lor este de a forma legături de hidrogen între nucleotidele altui lanț. Monomerul ADN în sine constă dintr-o bază azotată, un reziduu de ortofosfat și o monozaharidă de dezoxiriboză cu cinci atomi de carbon. În funcție de tipul de bază azotată care stă la baza unui anumit monomer ADN, acesta are propriul nume. Tipuri de monomeri ADN:
- dezoxiriboză cu un reziduu ortofosfat și o bază azotată adenil;
- bază azotată timidină cu dezoxiriboză și un reziduu de ortofosfat;
- o bază azotată citozină, dezoxiriboză şi un reziduu ortofosfat;
- ortofosfat cu deoxiriboză și un reziduu de azot guanină.
În scris pentru a simplifica diagrama structurii ADNrestul de adenil este desemnat „A”, restul de guanină este „G”, restul de timidină este „T”, iar restul de citozină este „C”. Este important ca informația genetică să fie transferată de la o moleculă de ADN dublu catenar la ARN mesager. Are puține diferențe: aici reziduul de carbohidrați nu este deoxiriboză, ci riboză, iar în locul bazei azotate timidil din ARN există una uracil.
Structura și funcțiile ADN-ului
ADN-ul este construit pe principii biologiceun polimer în care un lanț este creat în prealabil conform unui model dat, în funcție de informațiile genetice ale celulei părinte. Nucleodidele ADN sunt legate aici prin legături covalente. Apoi, conform principiului complementarității, alte nucleotide sunt adăugate la nucleotidele unei molecule monocatenar. Dacă într-o moleculă monocatenară începutul este reprezentat de nucleotida adenină, atunci în al doilea lanț (complementar) va corespunde timinei. Citozina este complementară guaninei. În acest fel, se construiește o moleculă de ADN dublu catenar. Este situat în nucleu și stochează informații ereditare, care sunt codificate de codoni - tripleți de nucleotide. Funcțiile ADN-ului dublu catenar:
- păstrarea informațiilor ereditare primite de la celula părinte;
- expresia genelor;
- obstacol în calea schimbărilor mutaționale.
Importanța proteinelor și a acizilor nucleici
Se crede că funcțiile proteinelor și acizilor nucleiciacizii sunt frecventi si anume: sunt implicati in exprimarea genelor. Acidul nucleic în sine este locul lor de stocare, iar proteina este rezultatul final al citirii informațiilor din genă. Gena în sine este o secțiune a unei molecule de ADN integrală ambalată într-un cromozom, în care informațiile despre structura unei anumite proteine sunt înregistrate folosind nucleotide. O genă codifică secvența de aminoacizi a unei singure proteine. Este proteina care va implementa informațiile ereditare.
Clasificarea speciilor de ARN
Funcțiile acizilor nucleici din celulă sunt foartevariat. Și sunt cele mai numeroase în cazul ARN. Cu toate acestea, această polifuncționalitate este încă relativă, deoarece un tip de ARN este responsabil pentru una dintre funcții. Există următoarele tipuri de ARN:
- ARN nuclear al virusurilor și bacteriilor;
- ARN mesager (mesager);
- ARN ribozomal;
- ARN mesager al plasmidelor (cloroplaste);
- ARN ribozomal al cloroplastelor;
- ARN ribozomal mitocondrial;
- ARN mesager mitocondrial;
- transfer ARN.
Funcțiile ARN-ului
Această clasificare conține mai multe tipuriARN care sunt separate în funcție de locație. Cu toate acestea, din punct de vedere funcțional, ele ar trebui împărțite în doar 4 tipuri: nucleare, informaționale, ribozomale și de transport. Funcția ARN-ului ribozomal este sinteza proteinelor bazată pe secvența de nucleotide a ARN-ului mesager. În acest caz, aminoacizii sunt „aduși” la ARN-ul ribozomal, „înșirați” pe ARN-ul mesager, prin transportul acidului ribonucleic. Așa are loc sinteza în orice organism care are ribozomi. Structura și funcțiile acizilor nucleici asigură atât păstrarea materialului genetic, cât și crearea proceselor de sinteză a proteinelor.
Acizi nucleici mitocondriali
Dacă despre ce funcții sunt îndeplinite în celulăÎn timp ce se știe aproape totul despre acizii nucleici localizați în nucleu sau citoplasmă, există încă puține informații despre ADN-ul mitocondrial și plastid. Aici au fost găsite și ARN-uri ribozomale specifice, precum și mesageri. Acizii nucleici ADN și ARN sunt prezenți aici chiar și în cele mai autotrofe organisme.
Poate că acidul nucleic a intrat în celulăprin simbiogeneză. Această cale este considerată de oamenii de știință ca fiind cea mai probabilă din cauza lipsei de explicații alternative. Procesul este considerat după cum urmează: o bacterie simbiotică autotrofă a intrat în celulă la o anumită perioadă. Ca urmare, această celulă anucleată trăiește în interiorul celulei și îi furnizează energie, dar se degradează treptat.
În stadiile inițiale ale dezvoltării evolutive,Probabil, bacteria simbiontă anucleată a condus procesele de mutație în nucleul celulei gazdă. Acest lucru a permis ca genele responsabile cu stocarea informațiilor despre structura proteinelor mitocondriale să fie încorporate în acidul nucleic al celulei gazdă. Cu toate acestea, până acum nu există prea multe informații despre ce funcții îndeplinesc acizii nucleici de origine mitocondrială în celulă.
Probabil că o parte din el este sintetizată în mitocondriiproteine a căror structură nu este încă codificată de ADN-ul sau ARN-ul nuclear gazdă. De asemenea, este probabil ca celula să aibă nevoie de propriul mecanism de sinteză a proteinelor doar pentru că multe proteine sintetizate în citoplasmă nu pot trece prin membrana dublă a mitocondriei. În același timp, aceste organite produc energie și, prin urmare, dacă există un canal sau un transportor specific pentru proteină, acesta va fi suficient pentru mișcarea moleculelor și împotriva gradientului de concentrație.
ADN și ARN plasmid
Plastidele (cloroplastele) au și ele propriiADN, care este probabil responsabil pentru funcții similare ca în cazul acizilor nucleici mitocondriali. De asemenea, conține propriul său ARN ribozomal, matrice și de transfer. Mai mult, plastidele, judecând după numărul de membrane, și nu după numărul de reacții biochimice, sunt mai complexe. Se întâmplă ca multe plastide să aibă 4 straturi de membrane, ceea ce este explicat de oamenii de știință în moduri diferite.
Un lucru este evident:Funcțiile acizilor nucleici din celule nu au fost încă studiate pe deplin. Nu se știe ce semnificație au sistemul de sinteză a proteinelor mitocondriale și sistemul cloroplastic similar. De asemenea, nu este complet clar de ce celulele au nevoie de acizi nucleici mitocondriali dacă proteinele (nu toate, evident) sunt deja codificate în ADN nuclear (sau ARN, în funcție de organism). Deși unele fapte ne obligă să fim de acord că sistemul de sinteză a proteinelor din mitocondrii și cloroplaste este responsabil pentru aceleași funcții ca ADN-ul nuclear și ARN-ul citoplasmatic. Ei stochează informații ereditare, o reproduc și o transmit celulelor fiice.
rezumat
Este important să înțelegeți ce funcționează în celulărealizat de acizi nucleici de origine nucleară, plastidă și mitocondrială. Acest lucru deschide multe perspective pentru știință, deoarece mecanismul simbiont, conform căruia au apărut multe organisme autotrofe, poate fi reprodus astăzi. Acest lucru va face posibilă obținerea unui nou tip de celulă, poate chiar una umană. Deși este prea devreme pentru a vorbi despre perspectivele introducerii organelelor plastidice multimembranare în celule.
Este mult mai important să înțelegem că în celulă acidul nucleicacizii sunt responsabili pentru aproape toate procesele. Aceasta include biosinteza proteinelor și păstrarea informațiilor despre structura celulei. Mai mult, este mult mai important ca acizii nucleici să îndeplinească funcția de a transfera materialul ereditar de la celulele părinte la celulele fiice. Aceasta garantează dezvoltarea ulterioară a proceselor evolutive.
