Nukleové kyseliny hrají důležitou roli v buňce, zajišťují její životně důležitou aktivitu a reprodukci. Tyto vlastnosti umožňují označit je za druhé nejdůležitější biologické molekuly po proteinech. Mnoho výzkumníků dokonce staví DNA a RNA na první místo, což naznačuje jejich hlavní význam pro vývoj života. Přesto jsou předurčeny zaujmout druhé místo po proteinech, protože základem života je právě molekula polypeptidu.
Nukleové kyseliny představují jinou úroveň života, mnohem složitější a zajímavější díky skutečnosti, že každý druh molekul pro ně dělá specifickou práci. Toto by mělo být prozkoumáno podrobněji.
Koncept nukleových kyselin
Všechny nukleové kyseliny (DNA a RNA) jsou biologické heterogenní polymery, které se liší počtem řetězců. DNA je molekula dvouvláknového polymeru, která obsahujegenetická informace eukaryotických organismů. Kruhové molekuly DNA mohou obsahovat dědičnou informaci některých virů. Jedná se o HIV a adenoviry. Existují také 2 speciální typy DNA: mitochondriální a plastidová (nachází se v chloroplastech).
RNA má na druhé straně mnohem více typů kvůli různým funkcím nukleové kyseliny. Existuje jaderná RNA, která obsahuje dědičnou informaci bakterií a většiny virů, matrix (neboli messenger RNA), ribozomální a transportní. Všechny se podílejí buď na ukládání dědičné informace, nebo na genové expresi. Je však nutné podrobněji pochopit, jaké funkce plní nukleové kyseliny v buňce.
Dvouřetězcová molekula DNA
Tento typ DNA je dokonalým úložným systémem pro dědičné informace. Dvouřetězcová molekula DNA je jedna molekula složená z heterogenních monomerů. Jejich úkolem je vytvářet vodíkové vazby mezi nukleotidy jiného řetězce. Samotný DNA monomer se skládá z dusíkaté báze, ortofosfátového zbytku a pětiuhlíkového monosacharidu deoxyribózy. V závislosti na tom, jaký typ dusíkaté báze je základem konkrétního monomeru DNA, má svůj vlastní název. Typy DNA monomerů:
- deoxyribóza s ortofosfátovým zbytkem a adenylovou dusíkatou bází;
- thymidinová dusíkatá báze s deoxyribózou a ortofosfátovým zbytkem;
- cytosinová dusíková báze, deoxyribóza a ortofosfátový zbytek;
- ortofosfát s deoxyribózou a dusíkatým zbytkem guaninu.
Pro zjednodušení schématu struktury DNA je adenylový zbytek označen jako „A“, guaninový zbytek je označen jako „G“, thymidinový zbytek je „T“a cytosinový zbytek je „C . Je důležité, aby se genetická informace přenesla z molekuly dvouvláknové DNA do messenger RNA. Má několik rozdílů: zde jako uhlohydrátový zbytek není deoxyribóza, ale ribóza a místo thymidylové dusíkaté báze se v RNA vyskytuje uracil.
Struktura a funkce DNA
DNA je postavena na principu biologického polymeru, ve kterém je předem vytvořen jeden řetězec podle dané šablony v závislosti na genetické informaci rodičovské buňky. Nukleotidy DNA jsou zde spojeny kovalentními vazbami. Potom se podle principu komplementarity k nukleotidům jednovláknové molekuly připojí další nukleotidy. Jestliže v jednovláknové molekule je začátek reprezentován nukleotidem adeninem, pak ve druhém (komplementárním) řetězci bude odpovídat thyminu. Guanin je komplementární k cytosinu. Vznikne tak dvouvláknová molekula DNA. Nachází se v jádře a uchovává dědičnou informaci, která je kódována kodony – triplety nukleotidů. Funkce dvouvláknové DNA:
- zachování dědičné informace přijaté z nadřazené buňky;
- genový výraz;
- prevence mutačních změn.
Význam proteinů a nukleových kyselin
Předpokládá se, že funkce proteinů a nukleových kyselin jsou společné, jmenovitě:podílejí se na genové expresi. Samotná nukleová kyselina je jejich úložištěm a protein je konečným výsledkem čtení informací z genu. Samotný gen je úsek jedné integrální molekuly DNA, zabalený do chromozomu, ve kterém jsou pomocí nukleotidů zaznamenány informace o struktuře určitého proteinu. Jeden gen kóduje aminokyselinovou sekvenci pouze jednoho proteinu. Je to protein, který implementuje dědičnou informaci.
Klasifikace typů RNA
Funkce nukleových kyselin v buňce jsou velmi rozmanité. A nejvíce jich je v případě RNA. Tato multifunkčnost je však stále relativní, protože za jednu z funkcí odpovídá jeden typ RNA. V tomto případě existují následující typy RNA:
- jaderná RNA virů a bakterií;
- matrix (informační) RNA;
- ribozomální RNA;
- messenger RNA plazmid (chloroplast);
- Chloroplastová ribozomální RNA;
- mitochondriální ribozomální RNA;
- mitochondriální messenger RNA;
- přenos RNA.
Funkce RNA
Tato klasifikace obsahuje několik typů RNA, které se dělí podle umístění. Z funkčního hlediska by však měly být rozděleny pouze do 4 typů: jaderné, informační, ribozomální a transportní. Funkcí ribozomální RNA je syntéza proteinů založená na nukleotidové sekvenci messenger RNA. V čemaminokyseliny jsou „přivedeny“k ribozomální RNA, „navlečené“na RNA, pomocí transportní ribonukleové kyseliny. Takto probíhá syntéza v jakémkoli organismu, který má ribozomy. Struktura a funkce nukleových kyselin zajišťují jak uchování genetického materiálu, tak vytváření procesů syntézy bílkovin.
Mitochondriální nukleové kyseliny
Pokud je známo téměř vše o funkcích v buňce, které vykonávají nukleové kyseliny umístěné v jádře nebo cytoplazmě, pak je stále málo informací o mitochondriální a plastidové DNA. Zde byly také nalezeny specifické ribozomální a messengerové RNA. Nukleové kyseliny DNA a RNA jsou zde přítomny i v těch nejautotrofnějších organismech.
Nukleová kyselina možná vstoupila do buňky symbiogenezí. Tato cesta je považována vědci za nejpravděpodobnější kvůli nedostatku alternativních vysvětlení. Proces je uvažován následovně: symbiotická autotrofní bakterie se v určitém období dostala dovnitř buňky. Výsledkem je, že tato bezjaderná buňka žije uvnitř buňky a poskytuje jí energii, ale postupně se degraduje.
V počátečních fázích evolučního vývoje pravděpodobně symbiotická nejaderná bakterie pohybovala mutačními procesy v jádře hostitelské buňky. To umožnilo zavést geny odpovědné za ukládání informací o struktuře mitochondriálních proteinů do nukleové kyseliny hostitelské buňky. Jaké funkce v buňce však zatím plní nukleové kyseliny mitochondriálního původu,málo informací.
Některé proteiny jsou pravděpodobně syntetizovány v mitochondriích, jejichž struktura ještě není kódována hostitelovou jadernou DNA nebo RNA. Je také pravděpodobné, že buňka potřebuje svůj vlastní mechanismus syntézy proteinů pouze proto, že mnoho proteinů syntetizovaných v cytoplazmě se nemůže dostat přes dvojitou membránu mitochondrií. Tyto organely zároveň produkují energii, a proto, pokud existuje kanál nebo specifický nosič pro protein, bude to stačit pro pohyb molekul a proti koncentračnímu gradientu.
Plazmidová DNA a RNA
Plastidy (chloroplasty) mají také svou vlastní DNA, která je pravděpodobně zodpovědná za realizaci podobných funkcí, jako je tomu u mitochondriálních nukleových kyselin. Má také svou vlastní ribozomální, messenger a přenosovou RNA. Navíc plastidy, soudě podle počtu membrán, a ne podle počtu biochemických reakcí, jsou složitější. Stává se, že mnoho plastidů má 4 vrstvy membrán, což vědci vysvětlují různými způsoby.
Jedna věc je zřejmá: funkce nukleových kyselin v buňce ještě nebyly plně prozkoumány. Není známo, jaký význam mají mitochondriální protein-syntetizující systém a analogický chloroplastický systém. Není také zcela jasné, proč buňky potřebují mitochondriální nukleové kyseliny, pokud jsou proteiny (samozřejmě ne všechny) již zakódovány v jaderné DNA (nebo RNA, v závislosti na organismu). I když nás některá fakta nutí souhlasit s tím, že protein syntetizující systém mitochondrií a chloroplastů je zodpovědný za stejné funkce jakoa DNA jádra a RNA cytoplazmy. Ukládají dědičnou informaci, reprodukují ji a předávají dceřiným buňkám.
CV
Je důležité pochopit, jaké funkce v buňce vykonávají nukleové kyseliny jaderného, plastidového a mitochondriálního původu. To otevírá vědě mnoho vyhlídek, protože symbiotický mechanismus, podle kterého se objevilo mnoho autotrofních organismů, lze dnes reprodukovat. To umožní získat nový typ buněk, možná i lidskou. Ačkoli je příliš brzy mluvit o vyhlídkách na zavedení multimembránových plastidových organel do buněk.
Je mnohem důležitější pochopit, že nukleové kyseliny jsou zodpovědné za téměř všechny procesy v buňce. Jde jak o biosyntézu bílkovin, tak o uchování informací o struktuře buňky. Navíc je mnohem důležitější, aby nukleové kyseliny vykonávaly funkci přenosu dědičného materiálu z rodičovských buněk do dceřiných buněk. To zaručuje další vývoj evolučních procesů.
