اسیدهای نوکلئیک نقش مهمی در سلول دارند و فعالیت حیاتی و تولید مثل آن را تضمین می کنند. این ویژگی ها باعث می شود که آنها را دومین مولکول بیولوژیکی مهم پس از پروتئین ها بدانیم. بسیاری از محققان حتی DNA و RNA را در وهله اول قرار می دهند که حاکی از اهمیت اصلی آنها در توسعه حیات است. با این وجود، آنها قرار است بعد از پروتئین ها در جایگاه دوم قرار گیرند، زیرا اساس زندگی دقیقاً مولکول پلی پپتیدی است.
اسیدهای نوکلئیک سطح متفاوتی از زندگی هستند، بسیار پیچیده تر و جالب تر به دلیل این واقعیت است که هر نوع مولکول کار خاصی را برای آن انجام می دهد. این باید با جزئیات بیشتری بررسی شود.
مفهوم اسیدهای نوکلئیک
همه اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) پلیمرهای ناهمگن بیولوژیکی هستند که از نظر تعداد زنجیره ها متفاوت هستند. DNA یک مولکول پلیمری دو رشته ای است که حاویاطلاعات ژنتیکی موجودات یوکاریوتی مولکول های دایره ای DNA ممکن است حاوی اطلاعات ارثی برخی ویروس ها باشد. اینها HIV و آدنوویروس هستند. همچنین 2 نوع خاصی از DNA وجود دارد: میتوکندری و پلاستید (که در کلروپلاست ها یافت می شود).
از طرف دیگر RNA
به دلیل عملکردهای مختلف اسید نوکلئیک، انواع بیشتری دارد. RNA هسته ای وجود دارد که حاوی اطلاعات ارثی باکتری ها و اکثر ویروس ها، ماتریکس (یا RNA پیام رسان)، ریبوزومی و انتقال است. همه آنها یا در ذخیره سازی اطلاعات ارثی و یا در بیان ژن نقش دارند. با این حال، لازم است با جزئیات بیشتر بدانیم که اسیدهای نوکلئیک چه عملکردهایی را در سلول انجام می دهند.
مولکول DNA دو رشته ای
این نوع DNA یک سیستم ذخیره سازی عالی برای اطلاعات ارثی است. یک مولکول DNA دو رشته ای یک مولکول منفرد است که از مونومرهای ناهمگن تشکیل شده است. وظیفه آنها ایجاد پیوندهای هیدروژنی بین نوکلئوتیدهای یک زنجیره دیگر است. مونومر DNA خود از یک باز نیتروژن دار، یک باقیمانده ارتوفسفات و یک مونوساکارید دئوکسی ریبوز پنج کربنی تشکیل شده است. بسته به اینکه چه نوع پایه نیتروژنی زیر یک مونومر DNA خاص قرار دارد، نام خاص خود را دارد. انواع مونومرهای DNA:
- دئوکسی ریبوز با باقیمانده ارتوفسفات و یک پایه نیتروژنی آدنیل؛
- پایه نیتروژنی تیمیدین با دئوکسی ریبوز و باقیمانده ارتوفسفات؛
- پایه نیتروژن سیتوزین، دئوکسی ریبوز و باقیمانده ارتوفسفات؛
- ارتوفسفات با باقیمانده نیتروژن دار دئوکسی ریبوز و گوانین.
در نوشتن، برای ساده کردن طرح ساختار DNA، باقیمانده آدنیل به عنوان "A"، باقی مانده گوانین به عنوان "G"، باقی مانده تیمیدین "T" و باقی مانده سیتوزین "C" تعیین می شود. ". مهم است که اطلاعات ژنتیکی از مولکول DNA دو رشته ای به RNA پیام رسان منتقل شود. تفاوت کمی دارد: در اینجا، به عنوان یک باقیمانده کربوهیدرات، دئوکسی ریبوز نیست، بلکه ریبوز وجود دارد، و به جای پایه نیتروژنی تیمیدیل، اوراسیل در RNA وجود دارد.
ساختار و عملکرد DNA
DNA بر اساس اصل یک پلیمر بیولوژیکی ساخته شده است، که در آن بسته به اطلاعات ژنتیکی سلول مادر، یک زنجیره از قبل مطابق با یک الگوی مشخص ایجاد می شود. نوکلئوتیدهای DNA در اینجا با پیوندهای کووالانسی به هم متصل می شوند. سپس با توجه به اصل مکمل بودن، نوکلئوتیدهای دیگری به نوکلئوتیدهای مولکول تک رشته ای متصل می شوند. اگر در یک مولکول تک رشته ای ابتدا با نوکلئوتید آدنین نشان داده شود، در زنجیره دوم (مکمل) با تیمین مطابقت دارد. گوانین مکمل سیتوزین است. بنابراین، یک مولکول DNA دو رشته ای ساخته می شود. این در هسته قرار دارد و اطلاعات ارثی را ذخیره می کند که توسط کدون ها - سه قلو نوکلئوتید رمزگذاری شده است. توابع DNA دو رشته ای:
- حفظ اطلاعات ارثی دریافتی از سلول والد؛
- بیان ژن؛
- پیشگیری از تغییرات جهشی.
اهمیت پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک
اعتقاد بر این است که عملکرد پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک مشترک است، یعنی:آنها در بیان ژن نقش دارند. اسید نوکلئیک خود محل ذخیره آنها است و پروتئین نتیجه نهایی خواندن اطلاعات از ژن است. خود ژن بخشی از یک مولکول DNA جدایی ناپذیر است که در یک کروموزوم بسته بندی شده است که در آن اطلاعات مربوط به ساختار یک پروتئین خاص با استفاده از نوکلئوتیدها ثبت می شود. یک ژن توالی اسید آمینه تنها یک پروتئین را کد می کند. این پروتئین است که اطلاعات ارثی را اجرا می کند.
طبقه بندی انواع RNA
عملکردهای اسیدهای نوکلئیک در سلول بسیار متنوع است. و تعداد آنها در مورد RNA بسیار زیاد است. با این حال، این چند کارکردی هنوز نسبی است، زیرا یک نوع RNA مسئول یکی از عملکردها است. در این مورد، انواع RNA زیر وجود دارد:
- RNA هسته ای ویروس ها و باکتری ها؛
- ماتریس (اطلاعات) RNA؛
- RNA ریبوزومی؛
- پلاسمید RNA پیام رسان (کلروپلاست)؛
- RNA ریبوزومی کلروپلاست؛
- RNA ریبوزومی میتوکندری؛
- RNA پیام رسان میتوکندری؛
- انتقال RNA.
توابع RNA
این طبقه بندی شامل چندین نوع RNA است که بسته به محل تقسیم می شوند. با این حال، از نظر عملکردی، آنها باید تنها به 4 نوع تقسیم شوند: هسته ای، اطلاعاتی، ریبوزومی و حمل و نقل. عملکرد RNA ریبوزومی سنتز پروتئین بر اساس توالی نوکلئوتیدی RNA پیام رسان است. که در آناسیدهای آمینه با استفاده از یک اسید ریبونوکلئیک انتقالی به RNA ریبوزومی آورده می شوند و روی RNA پیام رسان قرار می گیرند. سنتز در هر موجودی که ریبوزوم دارد به این صورت است. ساختار و عملکرد اسیدهای نوکلئیک هم حفظ مواد ژنتیکی و هم ایجاد فرآیندهای سنتز پروتئین را فراهم می کند.
نوکلئیک اسیدهای میتوکندری
اگر تقریباً همه چیز در مورد عملکردهای سلولی که توسط اسیدهای نوکلئیک واقع در هسته یا سیتوپلاسم انجام می شود شناخته شده باشد، هنوز اطلاعات کمی در مورد DNA میتوکندری و پلاستید وجود دارد. RNA های ریبوزومی و پیام رسان خاصی نیز در اینجا یافت شده اند. اسیدهای نوکلئیک DNA و RNA در اینجا حتی در ارگانیسم های اتوتروف وجود دارد.
شاید اسید نوکلئیک از طریق همزیستی وارد سلول شده است. این مسیر توسط دانشمندان به دلیل عدم وجود توضیحات جایگزین، محتمل ترین مسیر در نظر گرفته می شود. فرآیند به شرح زیر در نظر گرفته می شود: یک باکتری اتوتروف همزیست در یک دوره معین وارد سلول شد. در نتیجه، این سلول بدون هسته در داخل سلول زندگی می کند و انرژی آن را تامین می کند، اما به تدریج تحلیل می رود.
در مراحل اولیه تکامل تکاملی، احتمالاً یک باکتری غیرهسته ای همزیست فرآیندهای جهش را در هسته سلول میزبان به حرکت درآورده است. این به ژن های مسئول ذخیره سازی اطلاعات در مورد ساختار پروتئین های میتوکندری اجازه می دهد تا به اسید نوکلئیک سلول میزبان وارد شوند. با این حال، در حال حاضر، چه عملکردهایی در سلول توسط اسیدهای نوکلئیک با منشاء میتوکندری انجام می شود،اطلاعات زیادی نیست.
احتمالاً برخی از پروتئین ها در میتوکندری سنتز می شوند که ساختار آنها هنوز توسط DNA یا RNA هسته میزبان کدگذاری نشده است. همچنین این احتمال وجود دارد که سلول تنها به مکانیسم سنتز پروتئین خود نیاز داشته باشد زیرا بسیاری از پروتئین های سنتز شده در سیتوپلاسم نمی توانند از غشای دوگانه میتوکندری عبور کنند. در عین حال، این اندامک ها انرژی تولید می کنند و بنابراین اگر کانال یا حامل خاصی برای پروتئین وجود داشته باشد، برای حرکت مولکول ها و برخلاف گرادیان غلظت کافی خواهد بود.
DNA و RNA پلاسمید
پلاستیدها (کلروپلاست ها) نیز DNA خود را دارند که احتمالاً مسئول اجرای عملکردهای مشابه است، همانطور که در مورد اسیدهای نوکلئیک میتوکندری وجود دارد. همچنین ریبوزومی، پیام رسان و RNA انتقالی خود را دارد. علاوه بر این، پلاستیدها، با قضاوت بر اساس تعداد غشاها، و نه بر اساس تعداد واکنش های بیوشیمیایی، پیچیده تر هستند. این اتفاق می افتد که بسیاری از پلاستیدها دارای 4 لایه غشاء هستند که توسط دانشمندان به روش های مختلف توضیح داده شده است.
یک چیز واضح است: عملکرد اسیدهای نوکلئیک در سلول هنوز به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است. مشخص نیست که سیستم سنتز پروتئین میتوکندری و سیستم کلروپلاستیک مشابه چه اهمیتی دارند. همچنین کاملاً مشخص نیست که چرا سلول‌ها به اسیدهای نوکلئیک میتوکندریایی نیاز دارند، اگر پروتئین‌ها (بدیهی است که نه همه) قبلاً در DNA هسته‌ای (یا RNA، بسته به ارگانیسم) کدگذاری شده‌اند. اگرچه برخی از حقایق ما را مجبور می کند که بپذیریم که سیستم سنتز پروتئین میتوکندری ها و کلروپلاست ها همان عملکردهایی را بر عهده دارند کهو DNA هسته و RNA سیتوپلاسم. آنها اطلاعات ارثی را ذخیره می کنند، آن را تکثیر می کنند و به سلول های دختر منتقل می کنند.
CV
مهم است که بدانیم اسیدهای نوکلئیک با منشاء هسته ای، پلاسیدی و میتوکندریایی چه عملکردهایی در سلول انجام می دهند. این چشم‌اندازهای زیادی را برای علم باز می‌کند، زیرا مکانیسم همزیستی، که بر اساس آن بسیاری از ارگانیسم‌های اتوتروف ظاهر شدند، امروزه می‌توانند بازتولید شوند. این امکان به دست آوردن نوع جدیدی از سلول، شاید حتی یک سلول انسانی را فراهم می کند. اگرچه هنوز خیلی زود است که در مورد چشم انداز معرفی اندامک های پلاستیکی چند غشایی به سلول ها صحبت کنیم.
درک این نکته بسیار مهم است که اسیدهای نوکلئیک مسئول تقریباً تمام فرآیندهای یک سلول هستند. این هم بیوسنتز پروتئین و هم حفظ اطلاعات در مورد ساختار سلول است. علاوه بر این، بسیار مهمتر است که اسیدهای نوکلئیک وظیفه انتقال مواد ارثی را از سلولهای مادر به سلولهای دختر انجام دهند. این تضمین کننده توسعه بیشتر فرآیندهای تکاملی است.
