กรดนิวคลีอิกมีบทบาทสำคัญในเซลล์ ทำให้มั่นใจได้ว่ากิจกรรมที่สำคัญและการสืบพันธุ์ของกรดดังกล่าว คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถเรียกพวกมันว่าโมเลกุลทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดอันดับสองรองจากโปรตีน นักวิจัยหลายคนถึงกับใส่ DNA และ RNA เป็นอันดับแรก ซึ่งแสดงถึงความสำคัญหลักในการพัฒนาชีวิต อย่างไรก็ตาม พวกมันถูกกำหนดให้เกิดขึ้นที่สองรองจากโปรตีน เพราะพื้นฐานของชีวิตคือโมเลกุลโพลีเปปไทด์อย่างแม่นยำ
กรดนิวคลีอิกเป็นระดับชีวิตที่แตกต่างกัน ซับซ้อนและน่าสนใจกว่ามาก เนื่องจากโมเลกุลแต่ละชนิดทำหน้าที่เฉพาะสำหรับมัน ควรตรวจสอบให้ละเอียดกว่านี้
แนวคิดของกรดนิวคลีอิก
กรดนิวคลีอิกทั้งหมด (DNA และ RNA) เป็นโพลีเมอร์ที่ต่างกันทางชีววิทยาซึ่งมีจำนวนโซ่ต่างกัน ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลพอลิเมอร์สายคู่ที่ประกอบด้วยข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต โมเลกุล DNA แบบวงกลมอาจมีข้อมูลทางพันธุกรรมของไวรัสบางชนิด เหล่านี้คือเอชไอวีและอะดีโนไวรัส นอกจากนี้ยังมี DNA พิเศษ 2 ชนิด: mitochondrial และ plastid (พบในคลอโรพลาสต์)
ในทางกลับกัน
RNA มีหลายประเภทมากขึ้น เนื่องจากหน้าที่ที่แตกต่างกันของกรดนิวคลีอิก มี RNA นิวเคลียร์ซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมของแบคทีเรียและไวรัสส่วนใหญ่ เมทริกซ์ (หรือ RNA ของผู้ส่งสาร) ไรโบโซมและการขนส่ง ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมหรือการแสดงออกของยีน อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเข้าใจรายละเอียดเพิ่มเติมว่ากรดนิวคลีอิกทำหน้าที่อะไรในเซลล์
โมเลกุลดีเอ็นเอสายคู่
DNA ประเภทนี้เป็นระบบจัดเก็บข้อมูลที่สมบูรณ์แบบสำหรับข้อมูลทางพันธุกรรม โมเลกุล DNA ที่มีเกลียวคู่เป็นโมเลกุลเดี่ยวที่ประกอบด้วยโมโนเมอร์ที่ต่างกัน หน้าที่ของพวกเขาคือสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่อื่น โมโนเมอร์ของ DNA ประกอบด้วยเบสไนโตรเจน ออร์โธฟอสเฟตเรซิดิว และมอนอแซ็กคาไรด์ดีออกซีไรโบสห้าคาร์บอน ขึ้นอยู่กับชนิดของเบสไนโตรเจนที่รองรับโมโนเมอร์ DNA เฉพาะ มันมีชื่อของมันเอง ประเภทของโมโนเมอร์ดีเอ็นเอ:
- ดีออกซีไรโบสที่มีออร์โธฟอสเฟตตกค้างและเอเดนิลไนโตรเจนเบส;
- ไทมิดีนเบสไนโตรเจนที่มีดีออกซีไรโบสและออร์โธฟอสเฟตตกค้าง
- ไซโตไซน์ไนโตรเจนเบส ดีออกซีไรโบสและออร์โธฟอสเฟตตกค้าง
- ออร์โธฟอสเฟตที่มีดีออกซีไรโบสและกัวนีนไนโตรเจนตกค้าง
ในการเขียน เพื่อลดความซับซ้อนของโครงร่างโครงสร้างดีเอ็นเอ เรซิดิวอะเดนิลถูกกำหนดเป็น "A" กากกัวนีนถูกกำหนดเป็น "G" ไธมิดีนเรซิดิวคือ "T" และไซโตซีนคือ "C ". สิ่งสำคัญคือต้องถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจากโมเลกุล DNA แบบสองสายไปยัง RNA ของผู้ส่งสาร มันมีความแตกต่างเล็กน้อย: ที่นี่ในฐานะที่เป็นคาร์โบไฮเดรตตกค้าง ไม่มีดีออกซีไรโบส แต่มีไรโบส และแทนที่จะเป็นเบสไทมิดิลไนโตรเจน uracil เกิดขึ้นใน RNA
โครงสร้างและหน้าที่ของ DNA
DNA ถูกสร้างขึ้นบนหลักการของพอลิเมอร์ชีวภาพ ซึ่งจะมีการสร้างสายโซ่หนึ่งเส้นไว้ล่วงหน้าตามแม่แบบที่กำหนด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์ต้นกำเนิด นิวคลีโอไทด์ของ DNA เชื่อมต่อกันที่นี่ด้วยพันธะโควาเลนต์ จากนั้น ตามหลักการของการเติมเต็ม นิวคลีโอไทด์อื่นๆ จะติดอยู่กับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุลสายเดี่ยว หากนิวคลีโอไทด์อะดีนีนแสดงจุดเริ่มต้นในโมเลกุลที่เป็นเส้นเดี่ยว จากนั้นในสายโซ่ที่สอง (เสริม) มันก็จะสอดคล้องกับไทมีน Guanine เป็นส่วนเสริมของ cytosine ดังนั้นโมเลกุล DNA ที่มีเกลียวสองเส้นจึงถูกสร้างขึ้น ตั้งอยู่ในนิวเคลียสและเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งเข้ารหัสโดย codon - แฝดสามของนิวคลีโอไทด์ ฟังก์ชันดีเอ็นเอสายคู่:
- การเก็บรักษาข้อมูลทางพันธุกรรมที่ได้รับจากเซลล์หลัก
- การแสดงออกของยีน
- ป้องกันการเปลี่ยนแปลงการกลายพันธุ์
ความสำคัญของโปรตีนและกรดนิวคลีอิก
เชื่อกันว่าหน้าที่ของโปรตีนและกรดนิวคลีอิกเป็นเรื่องธรรมดา กล่าวคือ:พวกเขามีส่วนร่วมในการแสดงออกของยีน กรดนิวคลีอิกเป็นแหล่งกักเก็บ และโปรตีนเป็นผลมาจากการอ่านข้อมูลจากยีน ยีนเองเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลดีเอ็นเอหนึ่งตัวที่บรรจุอยู่ในโครโมโซม ซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนบางชนิดจะถูกบันทึกโดยวิธีการของนิวคลีโอไทด์ รหัสยีนหนึ่งรหัสสำหรับลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนเพียงตัวเดียว เป็นโปรตีนที่จะนำข้อมูลพันธุกรรมไปใช้
การจำแนกประเภท RNA
หน้าที่ของกรดนิวคลีอิกในเซลล์มีความหลากหลายมาก และมีจำนวนมากที่สุดในกรณีของอาร์เอ็นเอ อย่างไรก็ตาม มัลติฟังก์ชั่นนี้ยังคงสัมพันธ์กัน เนื่องจาก RNA ประเภทหนึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในหน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่ง ในกรณีนี้ มี RNA ประเภทต่อไปนี้:
- อาร์เอ็นเอนิวเคลียร์ของไวรัสและแบคทีเรีย
- เมทริกซ์ (ข้อมูล) RNA;
- ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ;
- messenger RNA พลาสมิด (คลอโรพลาสต์);
- คลอโรพลาสต์ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ;
- ไมโตคอนเดรียไรโบโซมอาร์เอ็นเอ;
- ไมโทคอนเดรียรลส์อาร์เอ็นเอ;
- โอน RNA
ฟังก์ชัน RNA
การจัดหมวดหมู่นี้มี RNA หลายประเภท ซึ่งแบ่งตามสถานที่ อย่างไรก็ตาม ในแง่การใช้งาน ควรแบ่งออกเป็น 4 ประเภทเท่านั้น ได้แก่ นิวเคลียร์ ข้อมูลข่าวสาร ไรโบโซม และการขนส่ง หน้าที่ของไรโบโซมอาร์เอ็นเอคือการสังเคราะห์โปรตีนตามลำดับนิวคลีโอไทด์ของอาร์เอ็นเอผู้ส่งสาร โดยที่กรดอะมิโนถูก "นำ" ไปยัง ribosomal RNA, "strung" บน RNA ของผู้ส่งสาร โดยใช้กรดไรโบนิวคลีอิกในการขนส่ง นี่คือวิธีที่การสังเคราะห์ดำเนินไปในสิ่งมีชีวิตที่มีไรโบโซม โครงสร้างและหน้าที่ของกรดนิวคลีอิกให้ทั้งการถนอมสารพันธุกรรมและการสร้างกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน
กรดนิวคลีอิกไมโตคอนเดรีย
หากรู้เกือบทุกอย่างเกี่ยวกับหน้าที่ในเซลล์ที่เกิดจากกรดนิวคลีอิกที่อยู่ในนิวเคลียสหรือไซโตพลาสซึม ก็ยังมีข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับไมโทคอนเดรียและพลาสติดดีเอ็นเอ นอกจากนี้ยังพบ ribosomal และ RNA ของผู้ส่งสารเฉพาะที่นี่ กรดนิวคลีอิก DNA และ RNA มีอยู่ที่นี่แม้ในสิ่งมีชีวิต autotrophic ส่วนใหญ่
บางทีกรดนิวคลีอิกอาจเข้าสู่เซลล์โดยการสร้างซิมไบโอเจเนซิส นักวิทยาศาสตร์มองว่าเส้นทางนี้มีแนวโน้มมากที่สุดเนื่องจากขาดคำอธิบายทางเลือก กระบวนการนี้พิจารณาดังนี้: แบคทีเรีย autotrophic แบบพึ่งพาอาศัยกันเข้าไปในเซลล์ในช่วงเวลาหนึ่ง เป็นผลให้เซลล์ที่ปราศจากนิวเคลียร์นี้อาศัยอยู่ภายในเซลล์และให้พลังงานแก่เซลล์ แต่จะค่อยๆ ลดลง
ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการ อาจเป็นได้ว่าแบคทีเรียที่ไม่ใช่นิวเคลียร์แบบพึ่งพาอาศัยกันจะย้ายกระบวนการกลายพันธุ์ในนิวเคลียสของเซลล์เจ้าบ้าน สิ่งนี้ทำให้ยีนที่รับผิดชอบในการจัดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนไมโตคอนเดรียถูกนำเข้าสู่กรดนิวคลีอิกของเซลล์เจ้าบ้าน อย่างไรก็ตาม สำหรับตอนนี้ สิ่งที่ทำหน้าที่ในเซลล์ดำเนินการโดยกรดนิวคลีอิกที่มีต้นกำเนิดจากไมโตคอนเดรียข้อมูลไม่มาก
อาจเป็นไปได้ว่าโปรตีนบางชนิดถูกสังเคราะห์ในไมโตคอนเดรีย โครงสร้างซึ่งยังไม่ได้เข้ารหัสโดย DNA นิวเคลียร์หรืออาร์เอ็นเอของโฮสต์ เป็นไปได้เช่นกันที่เซลล์ต้องการกลไกการสังเคราะห์โปรตีนของตัวเองเพียงเพราะโปรตีนหลายชนิดที่สังเคราะห์ในไซโตพลาสซึมไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มสองชั้นของไมโตคอนเดรียได้ ในเวลาเดียวกัน ออร์แกเนลล์เหล่านี้ผลิตพลังงาน ดังนั้นหากมีช่องทางหรือตัวพาโปรตีนที่เฉพาะเจาะจง ก็จะเพียงพอสำหรับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและต้านการไล่ระดับความเข้มข้น
พลาสมิดดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ
พลาสติด (คลอโรพลาสต์) ก็มี DNA ของตัวเองเช่นกัน ซึ่งอาจมีหน้าที่รับผิดชอบในการใช้งานหน้าที่คล้ายคลึงกัน เช่นเดียวกับในกรณีของกรดนิวคลีอิกของไมโตคอนเดรีย นอกจากนี้ยังมีไรโบโซม สารส่งและ RNA ของตัวมันเอง ยิ่งไปกว่านั้น plastids ซึ่งพิจารณาจากจำนวนเยื่อหุ้มเซลล์และไม่ใช่จากจำนวนปฏิกิริยาทางชีวเคมีนั้นซับซ้อนกว่า มันเกิดขึ้นที่พลาสติดจำนวนมากมีเยื่อหุ้ม 4 ชั้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์อธิบายไว้ในรูปแบบต่างๆ
สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน: หน้าที่ของกรดนิวคลีอิกในเซลล์ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่ ไม่ทราบว่าระบบการสังเคราะห์โปรตีนไมโตคอนเดรียและระบบคลอโรพลาสติกที่คล้ายคลึงกันมีความสำคัญอย่างไร ยังไม่ชัดเจนว่าเหตุใดเซลล์จึงต้องการกรดนิวคลีอิกของไมโตคอนเดรีย หากโปรตีน (ไม่ใช่ทั้งหมด) ถูกเข้ารหัสไว้แล้วใน DNA นิวเคลียร์ (หรือ RNA ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต) แม้ว่าข้อเท็จจริงบางอย่างจะบังคับให้เราเห็นพ้องต้องกันว่าระบบการสังเคราะห์โปรตีนของไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มีหน้าที่เช่นเดียวกับและ DNA ของนิวเคลียสและ RNA ของไซโตพลาสซึม พวกเขาเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม ทำซ้ำ และส่งต่อไปยังเซลล์ลูกสาว
CV
สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าหน้าที่ใดในเซลล์ที่ทำกรดนิวคลีอิกจากแหล่งกำเนิดนิวเคลียส พลาสติด และไมโตคอนเดรีย สิ่งนี้เปิดโอกาสทางวิทยาศาสตร์มากมายเพราะกลไกทางชีวภาพตามที่สิ่งมีชีวิต autotrophic ปรากฏขึ้นสามารถทำซ้ำได้ในปัจจุบัน สิ่งนี้จะทำให้ได้เซลล์รูปแบบใหม่ บางทีอาจจะเป็นเซลล์ของมนุษย์ด้วยซ้ำ แม้ว่าจะยังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงโอกาสในการนำออร์แกเนลล์พลาสติดแบบหลายเมมเบรนเข้าสู่เซลล์
การเข้าใจว่ากรดนิวคลีอิกมีความรับผิดชอบต่อกระบวนการเกือบทั้งหมดในเซลล์นั้นสำคัญมาก นี่คือทั้งการสังเคราะห์โปรตีนและการเก็บรักษาข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของเซลล์ ยิ่งไปกว่านั้น กรดนิวคลีอิกจะทำหน้าที่ถ่ายโอนสารพันธุกรรมจากเซลล์ต้นกำเนิดไปยังเซลล์ลูกสาวมีความสำคัญมากกว่ามาก สิ่งนี้รับประกันการพัฒนาต่อไปของกระบวนการวิวัฒนาการ