Nukleové kyseliny hrajú dôležitú úlohu v bunke, zabezpečujú jej životne dôležitú aktivitu a reprodukciu. Tieto vlastnosti umožňujú nazvať ich druhými najdôležitejšími biologickými molekulami po proteínoch. Mnoho výskumníkov dokonca dáva DNA a RNA na prvé miesto, čo naznačuje ich hlavný význam pre vývoj života. Napriek tomu sú predurčené na druhé miesto po proteínoch, pretože základom života je práve molekula polypeptidu.
Nukleové kyseliny predstavujú inú úroveň života, oveľa zložitejšiu a zaujímavejšiu vďaka tomu, že každý druh molekúl pre ňu vykonáva špecifickú prácu. Toto by sa malo preskúmať podrobnejšie.
Koncept nukleových kyselín
Všetky nukleové kyseliny (DNA a RNA) sú biologické heterogénne polyméry, ktoré sa líšia počtom reťazcov. DNA je dvojvláknová polymérna molekula, ktorá obsahujegenetická informácia eukaryotických organizmov. Kruhové molekuly DNA môžu obsahovať dedičnú informáciu niektorých vírusov. Ide o HIV a adenovírusy. Existujú tiež 2 špeciálne typy DNA: mitochondriálna a plastidová (nachádzajú sa v chloroplastoch).
RNA má na druhej strane oveľa viac typov v dôsledku rôznych funkcií nukleovej kyseliny. Existuje jadrová RNA, ktorá obsahuje dedičnú informáciu baktérií a väčšiny vírusov, matricu (alebo messenger RNA), ribozomálnu a transportnú. Všetky sa podieľajú buď na ukladaní dedičnej informácie, alebo na génovej expresii. Je však potrebné podrobnejšie pochopiť, aké funkcie vykonávajú nukleové kyseliny v bunke.
Dvojvláknová molekula DNA
Tento typ DNA je dokonalým úložným systémom pre dedičné informácie. Dvojvláknová molekula DNA je jedna molekula zložená z heterogénnych monomérov. Ich úlohou je vytvárať vodíkové väzby medzi nukleotidmi iného reťazca. Samotný DNA monomér pozostáva z dusíkatej bázy, ortofosfátového zvyšku a päťuhlíkového monosacharidu deoxyribózy. V závislosti od toho, aký typ dusíkatej bázy je základom konkrétneho monoméru DNA, má svoj vlastný názov. Typy DNA monomérov:
- deoxyribóza s ortofosfátovým zvyškom a adenylovou dusíkatou bázou;
- tymidínová dusíkatá báza s deoxyribózou a ortofosfátovým zvyškom;
- cytozínová dusíková báza, deoxyribóza a zvyšok ortofosfátu;
- ortofosfát s dusíkatým zvyškom deoxyribózy a guanínu.
Písomne, aby sa zjednodušila schéma štruktúry DNA, adenylový zvyšok je označený ako „A“, guanínový zvyšok je označený ako „G“, tymidínový zvyšok je „T“a cytozínový zvyšok je „C . Je dôležité, aby sa genetická informácia preniesla z molekuly dvojvláknovej DNA do messengerovej RNA. Má málo rozdielov: ako sacharidový zvyšok tu nie je deoxyribóza, ale ribóza a namiesto tymidylovej dusíkatej bázy sa v RNA vyskytuje uracil.
Štruktúra a funkcie DNA
DNA je postavená na princípe biologického polyméru, v ktorom je vopred vytvorený jeden reťazec podľa danej šablóny v závislosti od genetickej informácie rodičovskej bunky. Nukleotidy DNA sú tu spojené kovalentnými väzbami. Potom, podľa princípu komplementarity, sú na nukleotidy jednovláknovej molekuly pripojené ďalšie nukleotidy. Ak v jednovláknovej molekule začiatok predstavuje nukleotid adenín, potom v druhom (komplementárnom) reťazci bude zodpovedať tymínu. Guanín je komplementárny k cytozínu. Takto sa vytvorí molekula dvojvláknovej DNA. Nachádza sa v jadre a uchováva dedičnú informáciu, ktorá je kódovaná kodónmi – tripletmi nukleotidov. Funkcie dvojvláknovej DNA:
- zachovanie dedičných informácií získaných z nadradenej bunky;
- génový výraz;
- prevencia mutačných zmien.
Význam bielkovín a nukleových kyselín
Verí sa, že funkcie proteínov a nukleových kyselín sú spoločné, a to:podieľajú sa na génovej expresii. Samotná nukleová kyselina je ich miestom uloženia a proteín je konečným výsledkom čítania informácií z génu. Samotný gén je úsek jednej integrálnej molekuly DNA, zabalený do chromozómu, v ktorom sú pomocou nukleotidov zaznamenané informácie o štruktúre určitého proteínu. Jeden gén kóduje sekvenciu aminokyselín iba jedného proteínu. Je to proteín, ktorý implementuje dedičnú informáciu.
Klasifikácia typov RNA
Funkcie nukleových kyselín v bunke sú veľmi rôznorodé. A tie sú najpočetnejšie v prípade RNA. Táto multifunkčnosť je však stále relatívna, pretože za jednu z funkcií zodpovedá jeden typ RNA. V tomto prípade existujú nasledujúce typy RNA:
- jadrová RNA vírusov a baktérií;
- matrix (informačná) RNA;
- ribozomálna RNA;
- messenger RNA plazmid (chloroplast);
- Chloroplastová ribozomálna RNA;
- mitochondriálna ribozomálna RNA;
- mitochondriálna messenger RNA;
- prenos RNA.
Funkcie RNA
Táto klasifikácia obsahuje niekoľko typov RNA, ktoré sa delia v závislosti od lokality. Z funkčného hľadiska by sa však mali rozdeliť iba na 4 typy: jadrové, informačné, ribozomálne a transportné. Funkciou ribozomálnej RNA je syntéza proteínov založená na nukleotidovej sekvencii messengerovej RNA. V čomaminokyseliny sú "prinesené" do ribozomálnej RNA, "navlečené" na messenger RNA, pomocou transportnej ribonukleovej kyseliny. Takto prebieha syntéza v akomkoľvek organizme, ktorý má ribozómy. Štruktúra a funkcie nukleových kyselín zabezpečujú ochranu genetického materiálu a vytváranie procesov syntézy bielkovín.
Mitochondriálne nukleové kyseliny
Ak je takmer všetko známe o funkciách v bunke, ktoré vykonávajú nukleové kyseliny nachádzajúce sa v jadre alebo cytoplazme, potom je stále málo informácií o mitochondriálnej a plastidovej DNA. Boli tu nájdené aj špecifické ribozomálne a messengerové RNA. Nukleové kyseliny DNA a RNA sú tu prítomné aj v tých najautotrofnejších organizmoch.
Možno, že nukleová kyselina vstúpila do bunky symbiogenézou. Túto cestu považujú vedci za najpravdepodobnejšiu z dôvodu nedostatku alternatívnych vysvetlení. Proces sa uvažuje takto: symbiotická autotrofná baktéria sa v určitom období dostala do bunky. Výsledkom je, že táto bunka bez jadra žije vo vnútri bunky a dodáva jej energiu, no postupne degraduje.
V počiatočných štádiách evolučného vývoja pravdepodobne symbiotická nejadrová baktéria pohybovala mutačnými procesmi v jadre hostiteľskej bunky. To umožnilo zaviesť gény zodpovedné za ukladanie informácií o štruktúre mitochondriálnych proteínov do nukleovej kyseliny hostiteľskej bunky. Aké funkcie v bunke však zatiaľ vykonávajú nukleové kyseliny mitochondriálneho pôvodu,málo informácií.
Pravdepodobne sa niektoré proteíny syntetizujú v mitochondriách, ktorých štruktúra ešte nie je zakódovaná v jadrovej DNA alebo RNA hostiteľa. Je tiež pravdepodobné, že bunka potrebuje vlastný mechanizmus syntézy bielkovín len preto, že mnohé bielkoviny syntetizované v cytoplazme sa nedokážu dostať cez dvojitú membránu mitochondrií. Tieto organely zároveň produkujú energiu, a preto, ak existuje kanál alebo špecifický nosič pre proteín, bude to stačiť na pohyb molekúl a proti koncentračnému gradientu.
Plazmidová DNA a RNA
Plastidy (chloroplasty) majú tiež svoju DNA, ktorá je pravdepodobne zodpovedná za realizáciu podobných funkcií, ako je to v prípade mitochondriálnych nukleových kyselín. Má tiež svoju vlastnú ribozomálnu, messengerovú a prenosovú RNA. Navyše plastidy, súdiac podľa počtu membrán, a nie podľa počtu biochemických reakcií, sú komplikovanejšie. Stáva sa, že mnohé plastidy majú 4 vrstvy membrán, čo vedci vysvetľujú rôznymi spôsobmi.
Jedna vec je zrejmá: funkcie nukleových kyselín v bunke ešte neboli úplne preskúmané. Nie je známe, aký význam majú mitochondriálny proteín syntetizujúci systém a analogický chloroplastický systém. Nie je tiež celkom jasné, prečo bunky potrebujú mitochondriálne nukleové kyseliny, ak proteíny (samozrejme nie všetky) sú už zakódované v jadrovej DNA (alebo RNA, v závislosti od organizmu). Niektoré fakty nás síce nútia súhlasiť s tým, že bielkovinový syntetizujúci systém mitochondrií a chloroplastov je zodpovedný za rovnaké funkcie akoa DNA jadra a RNA cytoplazmy. Ukladajú dedičnú informáciu, reprodukujú ju a odovzdávajú dcérskym bunkám.
CV
Je dôležité pochopiť, aké funkcie v bunke vykonávajú nukleové kyseliny jadrového, plastidového a mitochondriálneho pôvodu. Vede sa tým otvárajú mnohé vyhliadky, pretože symbiotický mechanizmus, podľa ktorého sa objavilo mnoho autotrofných organizmov, sa dnes dá reprodukovať. To umožní získať nový typ bunky, možno aj ľudskú. Hoci je príliš skoro hovoriť o vyhliadkach na zavedenie multimembránových plastidových organel do buniek.
Je oveľa dôležitejšie pochopiť, že nukleové kyseliny sú zodpovedné za takmer všetky procesy v bunke. Ide jednak o biosyntézu bielkovín, jednak o uchovanie informácií o štruktúre bunky. Okrem toho je oveľa dôležitejšie, aby nukleové kyseliny vykonávali funkciu prenosu dedičného materiálu z rodičovských buniek do dcérskych buniek. To zaručuje ďalší vývoj evolučných procesov.
