Nukleiinhapped mängivad rakus olulist rolli, tagades selle elutegevuse ja paljunemise. Need omadused võimaldavad nimetada neid valkude järel tähtsuselt teiseks bioloogiliseks molekuliks. Paljud teadlased asetavad isegi DNA ja RNA esikohale, viidates nende peamisele tähtsusele elu arengus. Sellegipoolest on nad määratud valkude järel teisele kohale, sest elu aluseks on just polüpeptiidi molekul.
Nukleiinhapped on elu erinev tase, palju keerulisem ja huvitavam, kuna igat tüüpi molekul teeb selle jaoks konkreetse töö. Seda tuleks üksikasjalikum alt uurida.
Nukleiinhapete mõiste
Kõik nukleiinhapped (DNA ja RNA) on bioloogiliselt heterogeensed polümeerid, mis erinevad ahelate arvu poolest. DNA on kaheahelaline polümeeri molekul, mis sisaldabeukarüootsete organismide geneetiline informatsioon. Ringikujulised DNA molekulid võivad sisaldada mõnede viiruste pärilikku teavet. Need on HIV ja adenoviirused. Samuti on olemas 2 eritüüpi DNA-d: mitokondriaalne ja plastiid (leitud kloroplastides).
RNA-l seevastu on nukleiinhappe erinevate funktsioonide tõttu palju rohkem tüüpe. Seal on tuuma-RNA, mis sisaldab bakterite ja enamiku viiruste pärilikku teavet, maatriksit (ehk messenger-RNA), ribosoomi ja transporti. Kõik nad on seotud kas päriliku teabe talletamise või geeniekspressiooniga. Siiski on vaja üksikasjalikum alt mõista, milliseid funktsioone nukleiinhapped rakus täidavad.
Kaheahelaline DNA molekul
Seda tüüpi DNA on täiuslik päriliku teabe salvestussüsteem. Kaheahelaline DNA molekul on heterogeensetest monomeeridest koosnev üksikmolekul. Nende ülesanne on moodustada vesiniksidemeid teise ahela nukleotiidide vahel. DNA monomeer ise koosneb lämmastikku sisaldavast alusest, ortofosfaadi jäägist ja viie süsinikuga monosahhariidist desoksüriboosist. Sõltuv alt sellest, millist tüüpi lämmastikalus on konkreetse DNA monomeeri aluseks, on sellel oma nimi. DNA monomeeride tüübid:
- desoksüriboos ortofosfaadijäägi ja adenüüllämmastikalusega;
- tümidiini lämmastikalus desoksüriboosi ja ortofosfaadijäägiga;
- tsütosiini lämmastikalus, desoksüriboosi ja ortofosfaadi jääk;
- ortofosfaat desoksüriboosi ja guaniini lämmastikku sisaldava jäägiga.
Kirjalikult tähistatakse DNA struktuuriskeemi lihtsustamiseks adenüüli jääki tähega "A", guaniinijääki tähistatakse tähega "G", tümidiini jääki tähistatakse "T" ja tsütosiini jääki tähistatakse "C" ". On oluline, et geneetiline informatsioon kanduks kaheahelalisest DNA molekulist edasi messenger-RNA-sse. Sellel on vähe erinevusi: siin ei ole süsivesikute jäägina mitte desoksüriboos, vaid riboos ja tümidüüllämmastikaluse asemel esineb RNA-s uratsiil.
DNA struktuur ja funktsioonid
DNA on üles ehitatud bioloogilise polümeeri põhimõttel, mille puhul luuakse etteantud malli järgi üks ahel, olenev alt lähteraku geneetilisest informatsioonist. DNA nukleotiidid on siin omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega. Seejärel kinnitatakse vastav alt komplementaarsuse põhimõttele üheahelalise molekuli nukleotiididele teised nukleotiidid. Kui üheahelalises molekulis tähistab algust nukleotiid adeniin, siis teises (komplementaarses) ahelas vastab see tümiinile. Guaniin täiendab tsütosiini. Seega ehitatakse kaheahelaline DNA molekul. See asub tuumas ja talletab pärilikku teavet, mida kodeerivad koodonid - nukleotiidide kolmikud. Kaheahelalise DNA funktsioonid:
- vanema rakust saadud päriliku teabe säilitamine;
- geeniekspressioon;
- mutatsioonimuutuste ennetamine.
Valkude ja nukleiinhapete tähtsus
Arvatakse, et valkude ja nukleiinhapete funktsioonid on tavalised, nimelt:nad osalevad geeniekspressioonis. Nukleiinhape ise on nende säilitamise koht ja valk on geenist teabe lugemise lõpptulemus. Geen ise on osa ühest terviklikust DNA molekulist, mis on pakitud kromosoomi, millesse salvestatakse nukleotiidide abil info teatud valgu struktuuri kohta. Üks geen kodeerib ainult ühe valgu aminohappejärjestust. See on valk, mis rakendab pärilikku teavet.
RNA tüüpide klassifikatsioon
Nukleiinhapete funktsioonid rakus on väga mitmekesised. Ja neid on kõige rohkem RNA puhul. See multifunktsionaalsus on siiski suhteline, sest ühe funktsiooni eest vastutab ühte tüüpi RNA. Sel juhul on olemas järgmist tüüpi RNA:
- viiruste ja bakterite tuuma-RNA;
- maatriks (teave) RNA;
- ribosomaalne RNA;
- messenger RNA plasmiid (kloroplast);
- Kloroplasti ribosomaalne RNA;
- mitokondriaalne ribosomaalne RNA;
- mitokondriaalne sõnumitooja RNA;
- transfer RNA.
RNA funktsioonid
See klassifikatsioon sisaldab mitut tüüpi RNA-d, mis jagunevad sõltuv alt asukohast. Kuid funktsionaalses mõttes tuleks need jagada ainult 4 tüüpi: tuuma-, teabe-, ribosomaalsed ja transpordiks. Ribosomaalse RNA funktsioon on valkude süntees, mis põhineb messenger-RNA nukleotiidjärjestusel. Kusaminohapped "tootakse" ribosomaalsesse RNA-sse, "nööritakse" messenger-RNA-le transportribonukleiinhappe abil. Nii toimub süntees igas organismis, millel on ribosoomid. Nukleiinhapete struktuur ja funktsioonid tagavad nii geneetilise materjali säilimise kui ka valgusünteesi protsesside loomise.
Mitokondrite nukleiinhapped
Kui tuumas või tsütoplasmas paiknevate nukleiinhapete poolt rakus täidetavate funktsioonide kohta on peaaegu kõik teada, siis mitokondriaalse ja plastiidse DNA kohta on veel vähe teavet. Siit on leitud ka spetsiifilisi ribosomaalseid ja messenger-RNA-sid. Nukleiinhapped DNA ja RNA esinevad siin isegi kõige autotroofsemates organismides.
Võib-olla sattus nukleiinhape rakku sümbiogeneesi teel. Seda teed peavad teadlased alternatiivsete seletuste puudumise tõttu kõige tõenäolisemaks. Protsessi käsitletakse järgmiselt: teatud perioodil sattus rakku sümbiootiline autotroofne bakter. Selle tulemusena elab see tuumavaba rakk raku sees ja varustab seda energiaga, kuid laguneb järk-järgult.
Evolutsioonilise arengu algstaadiumis viis sümbiootiline mittetuumabakter tõenäoliselt peremeesraku tuumas mutatsiooniprotsesse. See võimaldas mitokondriaalsete valkude struktuuri puudutava teabe salvestamise eest vastutavad geenid sisestada peremeesraku nukleiinhappesse. Kuid praeguseks, milliseid funktsioone rakus täidavad mitokondriaalse päritoluga nukleiinhapped,vähe teavet.
Tõenäoliselt sünteesitakse mitokondrites osa valke, mille struktuuri ei kodeeri veel peremeesorganismi tuuma DNA ega RNA. Samuti on tõenäoline, et rakk vajab oma valgusünteesi mehhanismi ainult seetõttu, et paljud tsütoplasmas sünteesitud valgud ei pääse läbi mitokondrite kaksikmembraani. Samal ajal toodavad need organellid energiat ja seetõttu, kui valgu jaoks on kanal või konkreetne kandja, piisab sellest molekulide liikumiseks ja kontsentratsiooni gradiendi vastu.
Plasmiidne DNA ja RNA
Plastiididel (kloroplastidel) on ka oma DNA, mis tõenäoliselt vastutab sarnaste funktsioonide täitmise eest, nagu see on mitokondriaalsete nukleiinhapete puhul. Sellel on ka oma ribosoom-, messenger- ja ülekande-RNA. Pealegi on plastiidid, otsustades membraanide arvu, mitte biokeemiliste reaktsioonide arvu järgi, keerulisemad. Juhtub, et paljudel plastiididel on 4 kihti membraane, mida teadlased seletavad erinev alt.
Üks asi on ilmne: nukleiinhapete funktsioone rakus ei ole veel täielikult uuritud. Pole teada, milline tähtsus on mitokondriaalsel valke sünteesival süsteemil ja analoogsel kloroplastilisel süsteemil. Samuti pole täiesti selge, miks rakud vajavad mitokondriaalseid nukleiinhappeid, kui valgud (ilmselgelt mitte kõik) on juba tuuma DNA-s (või RNA-s, olenev alt organismist) kodeeritud. Kuigi mõned faktid sunnivad meid nõustuma, et mitokondrite ja kloroplastide valke sünteesiv süsteem vastutab samade funktsioonide eest kuija tuuma DNA ja tsütoplasma RNA. Nad salvestavad pärilikku teavet, reprodutseerivad seda ja edastavad selle tütarrakkudele.
CV
Oluline on mõista, millised funktsioonid rakus täidavad tuuma, plastiidi ja mitokondriaalse päritoluga nukleiinhappeid. See avab teadusele palju väljavaateid, sest sümbiootiline mehhanism, mille järgi tekkisid paljud autotroofsed organismid, on tänapäeval reprodutseeritav. See võimaldab saada uut tüüpi rakke, võib-olla isegi inimese rakke. Kuigi praegu on veel vara rääkida mitmemembraansete plastiidorganellide rakkudesse viimise väljavaadetest.
Palju olulisem on mõista, et nukleiinhapped vastutavad peaaegu kõigi rakus toimuvate protsesside eest. See on nii valkude biosüntees kui ka raku struktuuri kohta teabe säilitamine. Pealegi on palju olulisem, et nukleiinhapped täidaksid päriliku materjali ülekandmise funktsiooni vanemrakkudest tütarrakkudesse. See tagab evolutsiooniprotsesside edasise arengu.
