Nukleinske kiseline igraju važnu ulogu u stanici, osiguravajući njezinu vitalnu aktivnost i reprodukciju. Ova svojstva omogućuju ih nazvati drugim najvažnijim biološkim molekulama nakon proteina. Mnogi istraživači čak stavljaju DNK i RNA na prvo mjesto, što implicira njihovu glavnu važnost u razvoju života. Ipak, oni su predodređeni da zauzmu drugo mjesto nakon proteina, jer je osnova života upravo polipeptidna molekula.
Nukleinske kiseline su drugačija razina života, mnogo složenija i zanimljivija zbog činjenice da svaka vrsta molekule radi specifičan posao za nju. Ovo bi trebalo detaljnije razmotriti.
Koncept nukleinskih kiselina
Sve nukleinske kiseline (DNA i RNA) su biološki heterogeni polimeri koji se razlikuju po broju lanaca. DNK je dvolančana polimerna molekula koja sadržigenetske informacije eukariotskih organizama. Kružne molekule DNK mogu sadržavati nasljedne informacije nekih virusa. To su HIV i adenovirusi. Također postoje 2 posebne vrste DNK: mitohondrijska i plastidna (nalaze se u kloroplastima).
RNA, s druge strane, ima mnogo više vrsta, zbog različitih funkcija nukleinske kiseline. Postoji nuklearna RNA, koja sadrži nasljedne informacije o bakterijama i većini virusa, matričnu (ili glasničku RNA), ribosomsku i transportnu. Svi oni sudjeluju ili u pohranjivanju nasljednih informacija ili u ekspresiji gena. Međutim, potrebno je detaljnije razumjeti koje funkcije nukleinske kiseline obavljaju u stanici.
dvolančana DNK molekula
Ova vrsta DNK savršen je sustav za pohranu nasljednih informacija. Dvolančana DNA molekula je jednostruka molekula sastavljena od heterogenih monomera. Njihova je zadaća formirati vodikove veze između nukleotida drugog lanca. Sam DNA monomer sastoji se od dušične baze, ortofosfatnog ostatka i monosaharida s pet ugljika deoksiriboze. Ovisno o tome koja vrsta dušične baze leži u osnovi određenog DNA monomera, ima svoje ime. Vrste DNK monomera:
- deoksiriboza s ortofosfatnim ostatkom i adenilom dušičnom bazom;
- timidinska dušična baza s deoksiribozom i ostatkom ortofosfata;
- citozinska dušična baza, deoksiriboza i ostatak ortofosfata;
- ortofosfat s deoksiribozom i dušičnim 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 s dvolančane molekule DNA na RNA za glasnicu. Ima nekoliko razlika: ovdje, kao ostatak ugljikohidrata, ne postoji deoksiriboza, već riboza, a umjesto timidilne dušične baze, u RNA se pojavljuje uracil.
Struktura i funkcije DNK
DNK je izgrađena na principu biološkog polimera, u kojem se unaprijed kreira jedan lanac prema zadanom predlošku, ovisno o genetskoj informaciji roditeljske stanice. DNK nukleotidi su ovdje povezani kovalentnim vezama. Zatim se, prema principu komplementarnosti, na nukleotide jednolančane molekule vežu drugi nukleotidi. Ako je u jednolančanoj molekuli početak predstavljen nukleotidom adeninom, tada 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:sudjeluju u ekspresiji gena. Sama nukleinska kiselina je njihovo mjesto skladištenja, a protein je krajnji rezultat čitanja informacija iz gena. Sam gen je dio jedne integralne molekule DNA, upakiran u kromosom, 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 vrsta RNA
Funkcije nukleinskih kiselina u stanici su vrlo raznolike. A najbrojniji su u slučaju RNA. Međutim, ta je multifunkcionalnost još uvijek relativna, jer je jedna vrsta RNA odgovorna za jednu od funkcija. U ovom slučaju, postoje sljedeće vrste RNA:
- nuklearna RNA virusa i bakterija;
- matrica (informacija) RNA;
- ribosomalna RNA;
- messenger RNA plazmid (kloroplast);
- Kloroplast ribosomska RNA;
- mitohondrijska ribosomska RNA;
- mitohondrijska glasnička RNA;
- transfer RNA.
RNA funkcije
Ova klasifikacija sadrži nekoliko vrsta RNA, koje su podijeljene ovisno o mjestu. Međutim, funkcionalno ih treba podijeliti u samo 4 vrste: nuklearne, informacijske, ribosomske i transportne. Funkcija ribosomske RNA je sinteza proteina na temelju nukleotidnog slijeda glasničke RNA. Pri čemuaminokiseline se "dovode" do ribosomske RNA, "nanizane" na glasničku RNA, pomoću transportne ribonukleinske kiseline. Ovako se odvija sinteza u bilo kojem organizmu koji ima ribosome. Struktura i funkcije nukleinskih kiselina osiguravaju i očuvanje genetskog materijala i stvaranje procesa sinteze proteina.
Mitohondrijske nukleinske kiseline
Ako se gotovo sve zna o funkcijama u stanici koje obavljaju nukleinske kiseline smještene u jezgri ili citoplazmi, onda je još uvijek malo podataka o mitohondrijskoj i plastidnoj DNK. Ovdje su također pronađene specifične ribosomske i glasničke RNA. Nukleinske kiseline DNK i RNA prisutne su ovdje čak iu većini autotrofnih organizama.
Možda je nukleinska kiselina ušla u stanicu simbiogenezom. Ovaj put znanstvenici smatraju najvjerojatnijim zbog nedostatka alternativnih objašnjenja. Proces se smatra kako slijedi: simbiotska autotrofna bakterija ušla je u stanicu u određenom razdoblju. Kao rezultat toga, ova stanica bez nuklearne energije živi unutar stanice i daje joj energiju, ali se postupno razgrađuje.
U početnim fazama evolucijskog razvoja, vjerojatno je simbiozna nenuklearna bakterija pokrenula procese mutacije u jezgri stanice domaćina. To je omogućilo da se geni odgovorni za pohranjivanje informacija o strukturi mitohondrijskih proteina uvedu u nukleinsku kiselinu stanice domaćina. No, za sada, koje funkcije u stanici obavljaju nukleinske kiseline mitohondrijskog porijekla,nema puno informacija.
Vjerojatno se neki proteini sintetiziraju u mitohondrijima, čija struktura još nije kodirana nuklearnom DNK ili RNA domaćina. Također je vjerojatno da je stanici potreban vlastiti mehanizam sinteze proteina samo zato što mnogi proteini sintetizirani u citoplazmi ne mogu proći kroz dvostruku membranu mitohondrija. U isto vrijeme, ove organele proizvode energiju, pa će stoga, ako postoji kanal ili specifičan nosač za protein, to biti dovoljno za kretanje molekula i protiv gradijenta koncentracije.
Plazmidna DNK i RNA
Plastidi (kloroplasti) također imaju svoju DNK, koja je vjerojatno odgovorna za provedbu sličnih funkcija, kao što je slučaj s mitohondrijskim nukleinskim kiselinama. Također ima svoju ribosomsku, glasničku i prijenosnu RNK. Štoviše, plastidi su, sudeći po broju membrana, a ne po broju biokemijskih reakcija, složeniji. Događa se da mnogi plastidi imaju 4 sloja membrane, što znanstvenici objašnjavaju na različite načine.
Jedna stvar je očita: funkcije nukleinskih kiselina u stanici još nisu u potpunosti proučene. Nije poznato kakvo značenje imaju mitohondrijski sustav za sintezu proteina i analogni kloroplastični sustav. Također nije sasvim jasno zašto stanice trebaju mitohondrijske nukleinske kiseline ako su proteini (očito ne svi) već kodirani u nuklearnoj DNK (ili RNA, ovisno o organizmu). Iako nas neke činjenice tjeraju da se složimo da je sustav mitohondrija i kloroplasta koji sintetizira proteine odgovoran za iste funkcije kaote DNK jezgre i RNA citoplazme. Oni pohranjuju nasljedne podatke, reproduciraju ih i prenose na stanice kćeri.
CV
Važno je razumjeti koje funkcije u stanici obavljaju nukleinske kiseline nuklearnog, plastidnog i mitohondrijskog porijekla. To otvara mnoge izglede za znanost, jer se simbiotski mehanizam, prema kojem su se pojavili mnogi autotrofni organizmi, danas može reproducirati. To će omogućiti dobivanje nove vrste stanice, možda čak i ljudske. Iako je prerano govoriti o izgledima za uvođenje višemembranskih plastidnih organela u stanice.
Puno je važnije razumjeti da su nukleinske kiseline odgovorne za gotovo sve procese u stanici. To je i biosinteza proteina i očuvanje informacija o strukturi stanice. Štoviše, puno je važnije da nukleinske kiseline obavljaju funkciju prijenosa nasljednog materijala s roditeljskih stanica na stanice kćeri. To jamči daljnji razvoj evolucijskih procesa.
