Nucleïnezuren spelen een belangrijke rol in de cel en zorgen voor haar vitale activiteit en reproductie. Deze eigenschappen maken het mogelijk om ze de op één na belangrijkste biologische moleculen te noemen, na eiwitten. Veel onderzoekers stellen zelfs DNA en RNA op de eerste plaats, wat hun belangrijkste belang in de ontwikkeling van het leven impliceert. Toch zijn ze voorbestemd om de tweede plaats in te nemen na eiwitten, omdat de basis van het leven precies het polypeptidemolecuul is.
Nucleïnezuren zijn een ander niveau van leven, veel complexer en interessanter vanwege het feit dat elk soort molecuul er een specifieke taak voor heeft. Dit zou in meer detail moeten worden onderzocht.
Het concept van nucleïnezuren
Alle nucleïnezuren (DNA en RNA) zijn biologische heterogene polymeren die verschillen in het aantal ketens. DNA is een dubbelstrengs polymeermolecuul datgenetische informatie van eukaryote organismen. Circulaire DNA-moleculen kunnen de erfelijke informatie van sommige virussen bevatten. Dit zijn HIV en adenovirussen. Er zijn ook 2 speciale soorten DNA: mitochondriaal en plastide (te vinden in chloroplasten).
RNA daarentegen heeft veel meer soorten, vanwege de verschillende functies van het nucleïnezuur. Er is nucleair RNA, dat de erfelijke informatie van bacteriën en de meeste virussen bevat, matrix (of boodschapper-RNA), ribosomaal en transport. Ze zijn allemaal betrokken bij de opslag van erfelijke informatie of bij genexpressie. Het is echter noodzakelijk om in meer detail te begrijpen welke functies nucleïnezuren in de cel vervullen.
Dubbelstrengs DNA-molecuul
Dit type DNA is een perfect opslagsysteem voor erfelijke informatie. Een dubbelstrengs DNA-molecuul is een enkel molecuul dat is samengesteld uit heterogene monomeren. Hun taak is om waterstofbruggen te vormen tussen nucleotiden van een andere keten. Het DNA-monomeer zelf bestaat uit een stikstofbase, een orthofosfaatresidu en een monosacharide-deoxyribose met vijf koolstofatomen. Afhankelijk van het type stikstofbase dat ten grondslag ligt aan een bepaald DNA-monomeer, heeft het zijn eigen naam. Soorten DNA-monomeren:
- deoxyribose met een orthofosfaatresidu en een adenyl-stikstofbase;
- thymidine-stikstofbase met deoxyribose en een orthofosfaatresidu;
- cytosinestikstofbase, deoxyribose en orthofosfaatresidu;
- orthofosfaat met deoxyribose en guanine stikstofhoudend residu.
Schriftelijk, om het DNA-structuurschema te vereenvoudigen, wordt het adenyl-residu aangeduid als "A", het guanine-residu wordt aangeduid als "G", het thymidine-residu is "T" en het cytosine-residu is "C ". Het is belangrijk dat genetische informatie wordt overgedragen van het dubbelstrengs DNA-molecuul naar boodschapper-RNA. Het heeft weinig verschillen: hier, als koolhydraatresidu, is er geen deoxyribose, maar ribose, en in plaats van de thymidyl-stikstofbase komt uracil voor in RNA.
Structuur en functies van DNA
DNA is gebouwd op het principe van een biologisch polymeer, waarbij van tevoren één keten wordt gemaakt volgens een bepaald sjabloon, afhankelijk van de genetische informatie van de oudercel. DNA-nucleotiden zijn hier verbonden door covalente bindingen. Vervolgens worden, volgens het principe van complementariteit, andere nucleotiden gehecht aan de nucleotiden van het enkelstrengs molecuul. Als in een enkelstrengs molecuul het begin wordt weergegeven door de nucleotide adenine, dan komt het in de tweede (complementaire) keten overeen met thymine. Guanine is complementair aan cytosine. Zo wordt een dubbelstrengs DNA-molecuul opgebouwd. Het bevindt zich in de kern en slaat erfelijke informatie op, die wordt gecodeerd door codons - tripletten van nucleotiden. Dubbelstrengs DNA-functies:
- behoud van erfelijke informatie ontvangen van de oudercel;
- genexpressie;
- preventie van mutatieveranderingen.
Het belang van eiwitten en nucleïnezuren
Er wordt aangenomen dat de functies van eiwitten en nucleïnezuren veel voorkomen, namelijk:ze zijn betrokken bij genexpressie. Het nucleïnezuur zelf is hun opslagplaats en het eiwit is het eindresultaat van het lezen van informatie van het gen. Het gen zelf is een deel van één integraal DNA-molecuul, verpakt in een chromosoom, waarin informatie over de structuur van een bepaald eiwit wordt vastgelegd door middel van nucleotiden. Eén gen codeert voor de aminozuursequentie van slechts één eiwit. Het is het eiwit dat de erfelijke informatie zal implementeren.
Classificatie van RNA-types
De functies van nucleïnezuren in de cel zijn zeer divers. En ze zijn het talrijkst in het geval van RNA. Deze multifunctionaliteit is echter nog relatief, omdat één type RNA verantwoordelijk is voor één van de functies. In dit geval zijn er de volgende soorten RNA:
- nucleair RNA van virussen en bacteriën;
- matrix (informatie) RNA;
- ribosomaal RNA;
- messenger RNA-plasmide (chloroplast);
- Chloroplast ribosomaal RNA;
- mitochondriaal ribosomaal RNA;
- mitochondriaal boodschapper-RNA;
- transfer RNA.
RNA-functies
Deze classificatie bevat verschillende soorten RNA, die zijn onderverdeeld afhankelijk van de locatie. In functionele termen moeten ze echter in slechts 4 typen worden verdeeld: nucleair, informatief, ribosomaal en transport. De functie van ribosomaal RNA is eiwitsynthese op basis van de nucleotidesequentie van boodschapper-RNA. Waarinaminozuren worden door middel van een transportribonucleïnezuur naar het ribosomale RNA "gebracht", "geregen" aan het boodschapper-RNA. Dit is hoe de synthese verloopt in elk organisme dat ribosomen heeft. De structuur en functies van nucleïnezuren zorgen voor zowel het behoud van genetisch materiaal als het creëren van eiwitsyntheseprocessen.
Mitochondriale nucleïnezuren
Als bijna alles bekend is over de functies in de cel die worden uitgevoerd door nucleïnezuren in de kern of het cytoplasma, dan is er nog steeds weinig informatie over mitochondriaal en plastide-DNA. Ook zijn hier specifieke ribosomale en messenger-RNA's gevonden. Nucleïnezuren DNA en RNA zijn hier zelfs in de meest autotrofe organismen aanwezig.
Misschien is het nucleïnezuur de cel binnengekomen door symbiogenese. Dit pad wordt door wetenschappers als de meest waarschijnlijke beschouwd vanwege het gebrek aan alternatieve verklaringen. Het proces wordt als volgt beschouwd: een symbiotische autotrofe bacterie is op een bepaald moment in de cel terechtgekomen. Als gevolg hiervan leeft deze kernvrije cel in de cel en voorziet deze van energie, maar degradeert geleidelijk.
In de beginfase van evolutionaire ontwikkeling heeft een symbiotische niet-nucleaire bacterie waarschijnlijk mutatieprocessen in de kern van de gastheercel verplaatst. Hierdoor konden de genen die verantwoordelijk zijn voor het opslaan van informatie over de structuur van mitochondriale eiwitten in het nucleïnezuur van de gastheercel worden geïntroduceerd. Voor nu, welke functies in de cel worden uitgevoerd door nucleïnezuren van mitochondriale oorsprong,niet veel informatie.
Waarschijnlijk worden sommige eiwitten gesynthetiseerd in de mitochondriën, waarvan de structuur nog niet wordt gecodeerd door het nucleaire DNA of RNA van de gastheer. Het is ook waarschijnlijk dat de cel zijn eigen mechanisme van eiwitsynthese nodig heeft, alleen omdat veel eiwitten die in het cytoplasma worden gesynthetiseerd niet door het dubbele membraan van de mitochondriën kunnen komen. Tegelijkertijd produceren deze organellen energie en daarom, als er een kanaal of een specifieke drager voor het eiwit is, zal het voldoende zijn voor de beweging van moleculen en tegen de concentratiegradiënt in.
Plasmide DNA en RNA
Plastiden (chloroplasten) hebben ook hun eigen DNA, dat waarschijnlijk verantwoordelijk is voor de implementatie van vergelijkbare functies, zoals het geval is met mitochondriale nucleïnezuren. Het heeft ook zijn eigen ribosomale, messenger- en transfer-RNA. Bovendien zijn plastiden, te oordelen naar het aantal membranen, en niet naar het aantal biochemische reacties, ingewikkelder. Het komt voor dat veel plastiden 4 lagen membranen hebben, wat door wetenschappers op verschillende manieren wordt verklaard.
Eén ding is duidelijk: de functies van nucleïnezuren in de cel zijn nog niet volledig onderzocht. Het is niet bekend welke betekenis het mitochondriale eiwitsynthesesysteem en het analoge chloroplastische systeem hebben. Het is ook niet helemaal duidelijk waarom cellen mitochondriale nucleïnezuren nodig hebben als eiwitten (uiteraard niet alle) al gecodeerd zijn in nucleair DNA (of RNA, afhankelijk van het organisme). Hoewel sommige feiten ons dwingen het erover eens te zijn dat het eiwitsynthetiserende systeem van mitochondriën en chloroplasten verantwoordelijk is voor dezelfde functies alsen DNA van de kern en RNA van het cytoplasma. Ze slaan erfelijke informatie op, reproduceren deze en geven deze door aan dochtercellen.
CV
Het is belangrijk om te begrijpen welke functies in de cel nucleïnezuren van nucleaire, plastide en mitochondriale oorsprong uitvoeren. Dit opent veel perspectieven voor de wetenschap, omdat het symbiotische mechanisme, volgens welke veel autotrofe organismen verschenen, tegenwoordig kan worden gereproduceerd. Hierdoor kan een nieuw type cel worden verkregen, misschien zelfs een menselijke. Hoewel het te vroeg is om te praten over de vooruitzichten voor de introductie van multi-membraan plastide-organellen in cellen.
Het is veel belangrijker om te begrijpen dat nucleïnezuren verantwoordelijk zijn voor bijna alle processen in een cel. Dit is zowel eiwitbiosynthese als het behoud van informatie over de structuur van de cel. Bovendien is het veel belangrijker dat nucleïnezuren de functie vervullen van het overbrengen van erfelijk materiaal van oudercellen naar dochtercellen. Dit garandeert de verdere ontwikkeling van evolutionaire processen.
