Nukleinske kisline igrajo pomembno vlogo v celici, saj zagotavljajo njeno vitalno aktivnost in razmnoževanje. Zaradi teh lastnosti jih lahko imenujemo druge najpomembnejše biološke molekule za beljakovinami. Mnogi raziskovalci celo postavljajo DNK in RNA na prvo mesto, kar namiguje na njihov glavni pomen pri razvoju življenja. Kljub temu jim je namenjeno drugo mesto za beljakovinami, saj je osnova življenja ravno polipeptidna molekula.
Nukleinske kisline so drugačna življenjska raven, veliko bolj zapletena in zanimiva zaradi dejstva, da vsaka vrsta molekul zanjo opravlja specifično delo. To bi bilo treba podrobneje preučiti.
Koncept nukleinskih kislin
Vse nukleinske kisline (DNK in RNA) so biološki heterogeni polimeri, ki se razlikujejo po številu verig. DNK je dvoverižna polimerna molekula, ki vsebujegenetske informacije evkariontskih organizmov. Krožne molekule DNK lahko vsebujejo dedne informacije nekaterih virusov. To so HIV in adenovirusi. Obstajata tudi 2 posebni vrsti DNK: mitohondrijska in plastidna (najdemo jo v kloroplastih).
RNA ima po drugi strani veliko več vrst zaradi različnih funkcij nukleinske kisline. Obstaja jedrska RNA, ki vsebuje dedne informacije o bakterijah in večini virusov, matrično (ali selsko RNA), ribosomsko in transportno. Vsi so vključeni bodisi v shranjevanje dednih informacij bodisi pri izražanju genov. Vendar pa je treba podrobneje razumeti, kakšne funkcije opravljajo nukleinske kisline v celici.
dvoverižna molekula DNK
Ta vrsta DNK je popoln sistem za shranjevanje dednih informacij. Dvoverižna molekula DNK je enojna molekula, sestavljena iz heterogenih monomerov. Njihova naloga je tvoriti vodikove vezi med nukleotidi druge verige. Sam monomer DNK je sestavljen iz dušikove baze, ortofosfatnega ostanka in petogljičnega monosaharida deoksiriboze. Odvisno od vrste dušikove baze, ki je osnova določenega monomera DNK, ima svoje ime. Vrste monomerov DNK:
- deoksiriboza z ortofosfatnim ostankom in adenilno dušikovo bazo;
- timidinska dušikova baza z deoksiribozo in ostankom ortofosfata;
- citozinska dušikova baza, deoksiriboza in ostanek ortofosfata;
- ortofosfat z deoksiribozo in dušikovim ostankom gvanina.
Za poenostavitev sheme strukture DNK je adenilni ostanek označen kot "A", ostanek gvanina je označen kot "G", ostanek timidina je "T" in ostanek citozina je "C ". Pomembno je, da se genetske informacije prenesejo iz dvoverižne molekule DNK v RNA. Ima malo razlik: tukaj kot ostanek ogljikovih hidratov ni deoksiriboza, ampak riboza, namesto timidilne dušikove baze pa se v RNA pojavlja uracil.
Struktura in funkcije DNK
DNK je zgrajena po principu biološkega polimera, pri katerem se vnaprej ustvari ena veriga po dani predlogi, odvisno od genetskih informacij matične celice. Nukleotidi DNK so tu povezani s kovalentnimi vezmi. Nato se po načelu komplementarnosti na nukleotide enoverižne molekule pritrdijo drugi nukleotidi. Če v enoverižni molekuli začetek predstavlja nukleotid adenin, potem bo v drugi (komplementarni) verigi ustrezal timinu. Gvanin je komplementaren citozinu. Tako je zgrajena dvoverižna molekula DNK. Nahaja se v jedru in shranjuje dedne informacije, ki jih kodirajo kodoni – trojčki nukleotidov. Funkcije dvoverižne DNK:
- ohranjanje dednih informacij, prejetih iz matične celice;
- izraz gena;
- preprečevanje mutacijskih sprememb.
Pomen beljakovin in nukleinskih kislin
Meni je, da so funkcije beljakovin in nukleinskih kislin pogoste, in sicer:sodelujejo pri izražanju genov. Sama nukleinska kislina je njihovo mesto shranjevanja, beljakovina pa je končni rezultat branja informacij iz gena. Sam gen je odsek ene integralne molekule DNK, zapakiran v kromosom, v katerem so s pomočjo nukleotidov zabeležene informacije o strukturi določenega proteina. En gen kodira zaporedje aminokislin samo enega proteina. Beljakovina je tista, ki bo izvajala dedne informacije.
Razvrstitev vrst RNA
Funkcije nukleinskih kislin v celici so zelo raznolike. Največ jih je v primeru RNA. Vendar je ta večfunkcionalnost še vedno relativna, saj je ena vrsta RNA odgovorna za eno od funkcij. V tem primeru obstajajo naslednje vrste RNA:
- jedrska RNA virusov in bakterij;
- matrika (informacije) RNA;
- ribosomska RNA;
- messenger RNA plazmid (kloroplast);
- ribosomska RNA kloroplasta;
- mitohondrijska ribosomska RNA;
- mitohondrijska selska RNA;
- prenos RNA.
funkcije RNA
Ta klasifikacija vsebuje več vrst RNA, ki so razdeljene glede na lokacijo. Vendar jih je treba v funkcionalnem smislu razdeliti le na 4 vrste: jedrske, informacijske, ribosomske in transportne. Funkcija ribosomske RNA je sinteza beljakovin, ki temelji na nukleotidnem zaporedju sporočilne RNA. Pri čemeraminokisline se s pomočjo transportne ribonukleinske kisline "pripeljejo" do ribosomske RNA, "nanizane" na nosilno RNA. Tako poteka sinteza v vsakem organizmu, ki ima ribosome. Struktura in funkcije nukleinskih kislin zagotavljajo tako ohranjanje genetskega materiala kot ustvarjanje procesov sinteze beljakovin.
Mitohondrijske nukleinske kisline
Če je o funkcijah, ki jih v celici opravljajo nukleinske kisline, ki se nahajajo v jedru ali citoplazmi, znano skoraj vse, potem je o mitohondrijski in plastidni DNK še vedno malo informacij. Tu so našli tudi specifične ribosomske in sporočilne RNA. Nukleinske kisline DNK in RNA sta prisotni tudi v najbolj avtotrofnih organizmih.
Morda je nukleinska kislina vstopila v celico s simbiogenezo. Znanstveniki menijo, da je ta pot najverjetnejša zaradi pomanjkanja alternativnih razlag. Proces se obravnava takole: simbiotična avtotrofna bakterija je v določenem času vstopila v celico. Posledično ta celica brez jedra živi v celici in ji zagotavlja energijo, vendar se postopoma razgradi.
Na začetnih stopnjah evolucijskega razvoja je verjetno simbiotična nejedrska bakterija premaknila mutacijske procese v jedru gostiteljske celice. To je omogočilo, da se geni, ki so odgovorni za shranjevanje informacij o strukturi mitohondrijskih beljakovin, vnesejo v nukleinsko kislino gostiteljske celice. Katere funkcije v celici pa za zdaj opravljajo nukleinske kisline mitohondrijskega izvora,ni veliko informacij.
Verjetno se nekateri proteini sintetizirajo v mitohondrijih, katerih struktura še ni kodirana z jedrno DNK ali RNA gostitelja. Prav tako je verjetno, da celica potrebuje lasten mehanizem sinteze beljakovin le zato, ker veliko beljakovin, sintetiziranih v citoplazmi, ne more preiti skozi dvojno membrano mitohondrijev. Hkrati ti organeli proizvajajo energijo in zato, če obstaja kanal ali poseben nosilec za protein, bo to dovolj za gibanje molekul in proti koncentracijskem gradientu.
Plazmidna DNK in RNA
Plastidi (kloroplasti) imajo tudi svojo DNK, ki je verjetno odgovorna za izvajanje podobnih funkcij, kot to velja za mitohondrijske nukleinske kisline. Ima tudi lastno ribosomsko, prenosno in prenosno RNA. Poleg tega so plastidi, sodeč po številu membran in ne po številu biokemičnih reakcij, bolj zapleteni. Zgodi se, da imajo številni plastidi 4 plasti membran, kar znanstveniki razlagajo na različne načine.
Ena stvar je očitna: funkcije nukleinskih kislin v celici še niso v celoti raziskane. Ni znano, kakšen pomen imata sistem, ki sintetizira mitohondrijske beljakovine, in podoben kloroplastični sistem. Prav tako ni povsem jasno, zakaj celice potrebujejo mitohondrijske nukleinske kisline, če so proteini (očitno ne vsi) že kodirani v jedrski DNK (ali RNA, odvisno od organizma). Čeprav nas nekatera dejstva prisilijo, da se strinjamo, da je sistem mitohondrijev in kloroplastov, ki sintetizira beljakovine, odgovoren za enake funkcije kotter DNK jedra in RNA citoplazme. Shranjujejo dedne informacije, jih razmnožujejo in posredujejo hčerinskim celicam.
CV
Pomembno je razumeti, katere funkcije v celici opravljajo nukleinske kisline jedrskega, plastidnega in mitohondrijskega izvora. To odpira veliko možnosti za znanost, saj je simbiotični mehanizem, po katerem so se pojavili številni avtotrofni organizmi, danes mogoče reproducirati. To bo omogočilo pridobitev nove vrste celice, morda celo človeške. Čeprav je še prezgodaj govoriti o možnostih za vnos večmembranskih plastidnih organelov v celice.
Veliko bolj pomembno je razumeti, da so nukleinske kisline odgovorne za skoraj vse procese v celici. To je tako biosinteza beljakovin kot tudi ohranjanje informacij o strukturi celice. Še več, veliko bolj pomembno je, da nukleinske kisline opravljajo funkcijo prenosa dednega materiala iz matičnih celic v hčerinske celice. To zagotavlja nadaljnji razvoj evolucijskih procesov.
