Acizii nucleici joacă un rol important în celulă, asigurându-i activitatea vitală și 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. Cu toate acestea, ele sunt 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 mai interesant datorită faptului că fiecare tip de moleculă își face o treabă specifică. Acest lucru ar trebui analizat mai detaliat.
Conceptul de acizi nucleici
Toți acizii nucleici (ADN și ARN) sunt polimeri biologici eterogene care diferă ca număr de lanțuri. ADN-ul este o moleculă de polimer dublu catenar care conțineinformația genetică a organismelor eucariote. Moleculele circulare de ADN pot conține informații ereditare ale unor viruși. Acestea sunt HIV și adenovirusuri. Există, de asemenea, 2 tipuri speciale de ADN: mitocondrial și plastid (se găsește în cloroplaste).
ARN, pe de altă parte, are mult mai multe tipuri, datorită 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, este necesar să înțelegem mai detaliat ce funcții îndeplinesc acizii nucleici în celulă.
Moleculă de ADN dublu catenar
Acest tip de ADN este un sistem de stocare perfect pentru informații ereditare. O moleculă de ADN dublu catenar este o singură moleculă compusă din monomeri eterogene. Sarcina lor este de a forma legături de hidrogen între nucleotidele unui alt lanț. Monomerul ADN în sine constă dintr-o bază azotată, un reziduu de ortofosfat și o dezoxiriboză monozaharidă 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 de ortofosfat și o bază azotată adenil;
- bază azotată timidină cu dezoxiriboză și un reziduu de ortofosfat;
- bază de azot citozină, reziduuri de deoxiriboză și ortofosfat;
- ortofosfat cu reziduuri azotate de deoxiriboză și guanină.
În scris, pentru a simplifica schema structurii ADN, restul de adenil este desemnat „A”, restul de guanină este desemnat „G”, restul de timidină este „T”, iar restul de citozină este „C . Este important ca informația genetică să fie transferată de la molecula de ADN dublu catenară la ARN mesager. Are puține diferențe: aici, ca reziduu de carbohidrați, nu există deoxiriboză, ci riboză, iar în locul bazei azotate timidil, uracil apare în ARN.
Structura și funcțiile ADN
ADN este construit pe principiul unui polimer biologic, în care un lanț este creat în prealabil conform unui model dat, în funcție de informațiile genetice ale celulei părinte. Nucleotidele ADN sunt conectate aici prin legături covalente. Apoi, conform principiului complementarității, alte nucleotide sunt atașate la nucleotidele moleculei monocatenar. Dacă într-o moleculă monocatenară începutul este reprezentat de nucleotida adenină, atunci în al doilea lanț (complementar) va corespunde timinei. Guanina este complementară citozinei. Astfel, se construiește o moleculă de ADN dublu catenar. Este situat în nucleu și stochează informații ereditare, care sunt codificate de codoni - tripleți de nucleotide. Funcții ADN dublu catenar:
- conservarea informațiilor ereditare primite de la celula părinte;
- expresia genei;
- prevenirea modificărilor mutaționale.
Importanța proteinelor și a acizilor nucleici
Se crede că funcțiile proteinelor și acizilor nucleici sunt comune și anume:sunt implicate în expresia 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 integrale de ADN, ambalată într-un cromozom, în care informațiile despre structura unei anumite proteine sunt înregistrate prin intermediul nucleotidelor. O genă codifică secvența de aminoacizi a unei singure proteine. Este proteina care va implementa informațiile ereditare.
Clasificarea tipurilor de ARN
Funcțiile acizilor nucleici din celulă sunt foarte diverse. Și sunt cele mai numeroase în cazul ARN-ului. Cu toate acestea, această multifuncționalitate este încă relativă, deoarece un tip de ARN este responsabil pentru una dintre funcții. În acest caz, există următoarele tipuri de ARN:
- ARN nuclear al virușilor și bacteriilor;
- matrice (informații) ARN;
- ARN ribozomal;
- plasmidă ARN mesager (cloroplast);
- ARN ribozomal din cloroplast;
- ARN ribozomal mitocondrial;
- ARN mesager mitocondrial;
- transfer ARN.
Funcții ARN
Această clasificare conține mai multe tipuri de ARN, care sunt împărțite în funcție de locație. Cu toate acestea, în termeni funcționali, 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 careaminoacizii sunt „aduși” la ARN-ul ribozomal, „înșirați” pe ARN-ul mesager, prin intermediul unui acid ribonucleic de transport. Așa se desfășoară sinteza în orice organism care are ribozomi. Structura și funcțiile acizilor nucleici asigură atât conservarea materialului genetic, cât și crearea proceselor de sinteză a proteinelor.
Acizi nucleici mitocondriali
Dacă se știe aproape totul despre funcțiile în celulă îndeplinite de acizii nucleici localizați în nucleu sau citoplasmă, atunci există încă puține informații despre ADN-ul mitocondrial și plastid. Aici au fost găsite și ARN-uri ribozomale și mesageri specifice. Acizii nucleici ADN și ARN sunt prezenți aici chiar și în cele mai autotrofe organisme.
Poate că acidul nucleic a intrat în celulă prin simbiogeneză. Această cale este considerată de oamenii de știință drept cea mai probabilă din cauza lipsei de explicații alternative. Procesul este considerat după cum urmează: o bacterie simbiotică autotrofă a intrat în interiorul celulei la o anumită perioadă. Drept urmare, această celulă fără nucleu trăiește în interiorul celulei și îi furnizează energie, dar se degradează treptat.
La etapele inițiale ale dezvoltării evolutive, probabil, o bacterie simbiotică nenucleară a mutat procesele de mutație în nucleul celulei gazdă. Acest lucru a permis ca genele responsabile cu stocarea informațiilor despre structura proteinelor mitocondriale să fie introduse în acidul nucleic al celulei gazdă. Cu toate acestea, deocamdată, ce funcții în celulă sunt îndeplinite de acizii nucleici de origine mitocondrială,nu prea multe informații.
Probabil, unele proteine sunt sintetizate în mitocondrii, a căror structură nu este încă codificată de ADN-ul sau ARN-ul nuclear al gazdei. 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 mitocondriilor. În același timp, aceste organite produc energie și, prin urmare, dacă există un canal sau un purtător specific pentru proteină, acesta va fi suficient pentru mișcarea moleculelor și împotriva gradientului de concentrație.
ADN plasmid și ARN
Plastidele (cloroplastele) au și ele propriul ADN, care este probabil responsabil pentru implementarea unor funcții similare, așa cum este cazul acizilor nucleici mitocondriali. De asemenea, are propriul său ARN ribozomal, mesager și de transfer. Mai mult, plastidele, judecând după numărul de membrane, și nu după numărul de reacții biochimice, sunt mai complicate. 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 celulă nu au fost încă studiate pe deplin. Nu se știe ce semnificație au sistemul mitocondrial de sinteză a proteinelor și sistemul cloroplastic analog. De asemenea, nu este complet clar de ce celulele au nevoie de acizi nucleici mitocondriali dacă proteinele (evident nu toate) 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 al mitocondriilor și cloroplastelor este responsabil pentru aceleași funcții ca șiși ADN-ul nucleului și ARN-ul citoplasmei. Ei stochează informații ereditare, le reproduc și le transmit celulelor fiice.
CV
Este important să înțelegem ce funcții în celulă îndeplinesc acizii nucleici de origine nucleară, plastidică și mitocondrială. Acest lucru deschide multe perspective pentru știință, deoarece mecanismul simbiotic, 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 să vorbim despre perspectivele introducerii organelelor plastidice multimembranare în celule.
Este mult mai important să înțelegem că acizii nucleici sunt responsabili pentru aproape toate procesele dintr-o celulă. Aceasta este atât biosinteza proteinelor, cât și conservarea 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. Acest lucru garantează dezvoltarea în continuare a proceselor evolutive.
