Axit nucleic đóng một vai trò quan trọng trong tế bào, đảm bảo hoạt động sống và sinh sản của nó. Những đặc tính này khiến chúng ta có thể gọi chúng là phân tử sinh học quan trọng thứ hai sau protein. Nhiều nhà nghiên cứu thậm chí còn đặt DNA và RNA ở vị trí đầu tiên, ngụ ý tầm quan trọng chính của chúng trong sự phát triển của sự sống. Tuy nhiên, chúng được định đoạt vị trí thứ hai sau protein, bởi vì cơ sở của sự sống chính là phân tử polypeptit.
Axit nucleic là một cấp độ khác của sự sống, phức tạp và thú vị hơn nhiều do thực tế là mỗi loại phân tử thực hiện một công việc cụ thể cho nó. Điều này cần được xem xét chi tiết hơn.
Khái niệm về axit nucleic
Tất cả các axit nucleic (DNA và RNA) là các polyme không đồng nhất sinh học khác nhau về số lượng chuỗi. DNA là một phân tử polyme mạch kép có chứathông tin di truyền của sinh vật nhân thực. Các phân tử DNA tròn có thể chứa thông tin di truyền của một số loại virus. Đây là HIV và adenovirus. Ngoài ra còn có 2 loại DNA đặc biệt: ti thể và plastid (có trong lục lạp).
Mặt khác,
RNA có nhiều loại hơn, do các chức năng khác nhau của axit nucleic. Có RNA hạt nhân, chứa thông tin di truyền của vi khuẩn và hầu hết các loại virus, chất nền (hoặc RNA thông tin), ribosome và vận chuyển. Tất cả chúng đều tham gia vào việc lưu trữ thông tin di truyền hoặc biểu hiện gen. Tuy nhiên, cần phải hiểu chi tiết hơn những chức năng nào của axit nucleic thực hiện trong tế bào.
Phân tử DNA sợi kép
Loại DNA này là một hệ thống lưu trữ hoàn hảo cho thông tin di truyền. Phân tử ADN mạch kép là một phân tử đơn được cấu tạo bởi các đơn phân không đồng nhất. Nhiệm vụ của chúng là hình thành liên kết hydro giữa các nucleotide của một chuỗi khác. Bản thân đơn phân DNA bao gồm một gốc nitơ, một gốc orthophosphat và một monosaccharide deoxyribose năm carbon. Tùy thuộc vào loại bazơ nitơ làm cơ sở cho một đơn phân DNA cụ thể, nó có tên riêng. Các loại đơn phân DNA:
- deoxyribose với dư lượng orthophosphat và gốc nitơ adenyl;
- bazơ nitơ thymidine với deoxyribose và dư lượng orthophosphat;
- gốc nitơ cytosine, dư lượng deoxyribose và orthophosphate;
- orthophosphat với dư lượng nitơ deoxyribose và guanin.
Theo văn bản, để đơn giản hóa sơ đồ cấu trúc DNA, phần dư adenyl được ký hiệu là "A", phần dư guanin được ký hiệu là "G", phần dư thymidine là "T" và phần dư cytosine là "C ". Điều quan trọng là thông tin di truyền được chuyển từ phân tử DNA sợi đôi sang RNA thông tin. Nó có một vài điểm khác biệt: ở đây, dưới dạng cặn carbohydrate, không có deoxyribose, mà là ribose, và thay vì gốc nitơ thymidyl, uracil xuất hiện trong RNA.
Cấu trúc và chức năng của DNA
DNA được xây dựng trên nguyên tắc của một polyme sinh học, trong đó một chuỗi được tạo trước theo một khuôn mẫu nhất định, tùy thuộc vào thông tin di truyền của tế bào mẹ. Các nucleotide DNA được kết nối ở đây bằng các liên kết cộng hóa trị. Khi đó, theo nguyên tắc bổ sung, các nuclêôtit khác được gắn vào các nuclêôtit của phân tử mạch đơn. Nếu trong phân tử mạch đơn, phần đầu được đại diện bởi nucleotide adenin, thì trong chuỗi thứ hai (bổ sung), nó sẽ tương ứng với thymine. Guanine bổ sung cho cytosine. Do đó, một phân tử DNA sợi kép được xây dựng. Nó nằm trong nhân và lưu trữ thông tin di truyền, được mã hóa bởi codon - bộ ba nucleotide. Chức năng DNA sợi đôi:
- lưu giữ thông tin di truyền nhận được từ ô mẹ;
- biểu hiện gen;
- phòng ngừa các thay đổi đột biến.
Tầm quan trọng của protein và axit nucleic
Người ta tin rằng các chức năng của protein và axit nucleic là phổ biến, cụ thể là:chúng tham gia vào biểu hiện gen. Bản thân axit nucleic là nơi lưu trữ của chúng, và protein là kết quả cuối cùng của việc đọc thông tin từ gen. Bản thân gen là một phần của một phân tử DNA không thể tách rời, được đóng gói trong một nhiễm sắc thể, trong đó thông tin về cấu trúc của một loại protein nhất định được ghi lại bằng các nucleotide. Một gen chỉ mã cho trình tự axit amin của một loại prôtêin. Đó là protein sẽ triển khai thông tin di truyền.
Phân loại các loại RNA
Chức năng của axit nucleic trong tế bào rất đa dạng. Và chúng có nhiều nhất trong trường hợp của RNA. Tuy nhiên, tính đa chức năng này vẫn chỉ là tương đối, vì một loại RNA chịu trách nhiệm cho một trong các chức năng. Trong trường hợp này, có các loại RNA sau:
- RNA hạt nhân của virus và vi khuẩn;
- ma trận (thông tin) RNA;
- RNA ribosome;
- plasmid RNA thông tin (lục lạp);
- RNA ribosome của lục lạp;
- RNA ribosome ti thể;
- RNA thông tin ty thể;
- chuyển RNA.
Chức năng RNA
Phân loại này chứa một số loại RNA, được phân chia tùy thuộc vào vị trí. Tuy nhiên, về mặt chức năng, chúng chỉ nên được chia thành 4 loại: hạt nhân, thông tin, ribosom và vận chuyển. Chức năng của RNA ribosome là tổng hợp protein dựa trên trình tự nucleotide của RNA thông tin. Trong đócác axit amin được "đưa" đến RNA ribosome, được "xâu chuỗi" trên RNA thông tin, nhờ một axit ribonucleic vận chuyển. Đây là cách tổng hợp tiến hành ở bất kỳ sinh vật nào có ribosome. Cấu trúc và chức năng của axit nucleic cung cấp cả việc bảo quản vật chất di truyền và tạo ra các quá trình tổng hợp protein.
Axit nucleic ty thể
Nếu hầu hết mọi thứ đều được biết về các chức năng trong tế bào được thực hiện bởi các axit nucleic nằm trong nhân hoặc tế bào chất, thì vẫn còn rất ít thông tin về DNA của ty thể và plastid. Các RNA thông tin và ribosome cụ thể cũng được tìm thấy ở đây. Axit nucleic DNA và RNA có ở đây ngay cả trong các sinh vật tự dưỡng nhất.
Có lẽ axit nucleic đã xâm nhập vào tế bào bằng quá trình cộng sinh. Con đường này được các nhà khoa học coi là có nhiều khả năng xảy ra nhất do chưa có các giải thích thay thế. Quá trình này được xem xét như sau: một vi khuẩn tự dưỡng cộng sinh xâm nhập vào bên trong tế bào tại một thời điểm nhất định. Do đó, tế bào không có nhân này sống bên trong tế bào và cung cấp năng lượng cho tế bào, nhưng dần dần bị thoái hóa.
Ở giai đoạn phát triển ban đầu của quá trình tiến hóa, có lẽ, một vi khuẩn cộng sinh ngoài nhân đã di chuyển các quá trình đột biến trong nhân của tế bào chủ. Điều này cho phép các gen chịu trách nhiệm lưu trữ thông tin về cấu trúc của protein ti thể được đưa vào axit nucleic của tế bào chủ. Tuy nhiên, hiện tại, những chức năng nào trong tế bào được thực hiện bởi các axit nucleic có nguồn gốc ti thể,không có nhiều thông tin.
Có thể, một số protein được tổng hợp trong ti thể, cấu trúc của nó chưa được mã hóa bởi DNA hoặc RNA nhân của vật chủ. Cũng có thể là tế bào chỉ cần cơ chế tổng hợp protein của riêng mình vì nhiều loại protein được tổng hợp trong tế bào chất không thể đi qua màng kép của ti thể. Đồng thời, các bào quan này tạo ra năng lượng, và do đó, nếu có một kênh hoặc một chất mang cụ thể cho protein, nó sẽ đủ cho sự chuyển động của các phân tử và chống lại gradient nồng độ.
DNA plasmid và RNA
Plastids (lục lạp) cũng có DNA của riêng chúng, có thể chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng tương tự, như trường hợp của các axit nucleic trong ty thể. Nó cũng có ribosome, RNA truyền tin và RNA vận chuyển của riêng mình. Hơn nữa, plastids, đánh giá bằng số lượng màng chứ không phải bằng số lượng phản ứng sinh hóa, phức tạp hơn. Điều xảy ra là nhiều plastids có 4 lớp màng, điều này được các nhà khoa học giải thích theo nhiều cách khác nhau.
Một điều hiển nhiên là chức năng của các axit nucleic trong tế bào vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Người ta vẫn chưa biết hệ thống tổng hợp protein của ty thể và hệ thống tương tự của lục lạp có ý nghĩa như thế nào. Cũng không hoàn toàn rõ ràng tại sao tế bào cần axit nucleic của ty thể nếu các protein (rõ ràng là không phải tất cả) đã được mã hóa trong DNA hạt nhân (hoặc RNA, tùy thuộc vào sinh vật). Mặc dù một số sự kiện buộc chúng ta phải đồng ý rằng hệ thống tổng hợp protein của ti thể và lục lạp chịu trách nhiệm cho các chức năng tương tự nhưvà DNA của nhân và RNA của tế bào chất. Họ lưu trữ thông tin di truyền, tái tạo nó và truyền cho các tế bào con.
CV
Điều quan trọng là phải hiểu những chức năng nào trong tế bào thực hiện các axit nucleic có nguồn gốc từ hạt nhân, plastid và ty thể. Điều này mở ra nhiều triển vọng cho khoa học, vì cơ chế cộng sinh, theo đó nhiều sinh vật tự dưỡng xuất hiện, có thể tái tạo ngày nay. Điều này sẽ làm cho nó có thể có được một loại tế bào mới, thậm chí có thể là một con người. Mặc dù còn quá sớm để nói về triển vọng đưa các bào quan plastid nhiều màng vào tế bào.
Điều quan trọng hơn là phải hiểu rằng axit nucleic chịu trách nhiệm cho hầu hết các quá trình trong tế bào. Đây vừa là quá trình sinh tổng hợp protein vừa là nơi lưu giữ thông tin về cấu trúc của tế bào. Hơn nữa, điều quan trọng hơn là axit nucleic thực hiện chức năng chuyển vật chất di truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con. Điều này đảm bảo sự phát triển hơn nữa của các quá trình tiến hóa.
