Նուկլեինաթթուները կարևոր դեր են խաղում բջջի մեջ՝ ապահովելով նրա կենսագործունեությունն ու վերարտադրությունը։ Այս հատկությունները թույլ են տալիս դրանք անվանել երկրորդ ամենակարևոր կենսաբանական մոլեկուլները սպիտակուցներից հետո։ Շատ հետազոտողներ նույնիսկ ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն առաջին տեղում են դնում՝ ենթադրելով դրանց հիմնական նշանակությունը կյանքի զարգացման գործում: Այնուամենայնիվ, նրանց վիճակված է զբաղեցնել երկրորդ տեղը սպիտակուցներից հետո, քանի որ կյանքի հիմքը հենց պոլիպեպտիդային մոլեկուլն է։
Նուկլեինաթթուները կյանքի տարբեր մակարդակ են, շատ ավելի բարդ և հետաքրքիր, քանի որ յուրաքանչյուր տեսակի մոլեկուլ կատարում է որոշակի աշխատանք դրա համար: Սա պետք է ավելի մանրամասն դիտարկել:
Նուկլեինաթթուների հայեցակարգ
Բոլոր նուկլեինաթթուները (ԴՆԹ և ՌՆԹ) կենսաբանական տարասեռ պոլիմերներ են, որոնք տարբերվում են շղթաների քանակով։ ԴՆԹ-ն երկկողմանի պոլիմերային մոլեկուլ է, որը պարունակում էէուկարիոտիկ օրգանիզմների գենետիկական տեղեկատվություն. ԴՆԹ-ի շրջանաձև մոլեկուլները կարող են պարունակել որոշ վիրուսների ժառանգական տեղեկատվություն: Սրանք ՄԻԱՎ և ադենովիրուսներ են: Գոյություն ունեն նաև ԴՆԹ-ի 2 հատուկ տեսակ՝ միտոքոնդրիալ և պլաստիդ (գտնվում է քլորոպլաստներում):
Մյուս կողմից,
ՌՆԹ-ն ունի ավելի շատ տեսակներ՝ պայմանավորված նուկլեինաթթվի տարբեր գործառույթներով: Գոյություն ունի միջուկային ՌՆԹ, որը պարունակում է բակտերիաների և վիրուսների մեծ մասի ժառանգական տեղեկատվություն, մատրիցային (կամ սուրհանդակային ՌՆԹ), ռիբոսոմային և տրանսպորտային: Նրանք բոլորն էլ ներգրավված են կա՛մ ժառանգական տեղեկատվության պահպանման, կա՛մ գենային արտահայտման մեջ: Այնուամենայնիվ, անհրաժեշտ է ավելի մանրամասն հասկանալ, թե ինչ գործառույթներ են կատարում նուկլեինաթթուները բջջում։
Կրկնաշղթա ԴՆԹ մոլեկուլ
ԴՆԹ-ի այս տեսակը ժառանգական տեղեկատվության պահպանման կատարյալ համակարգ է: Երկաշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլը մեկ մոլեկուլ է, որը կազմված է տարասեռ մոնոմերներից։ Նրանց խնդիրն է ջրածնային կապեր ստեղծել մեկ այլ շղթայի նուկլեոտիդների միջև։ ԴՆԹ-ի մոնոմերն ինքնին բաղկացած է ազոտային հիմքից, օրթոֆոսֆատի մնացորդից և հինգ ածխածնային մոնոսաքարիդ դեզօքսիրիբոզից։ Կախված նրանից, թե ինչ տեսակի ազոտային հիմք է ընկած ԴՆԹ-ի որոշակի մոնոմերի հիմքում, այն ունի իր սեփական անվանումը: ԴՆԹ մոնոմերների տեսակները՝
- դեզօքսիռիբոզ օրթոֆոսֆատային մնացորդով և ադենիլային ազոտային հիմքով;
- թիմիդինային ազոտային հիմք՝ դեզօքսիռիբոզով և օրթոֆոսֆատի մնացորդով;
- ցիտոզինի ազոտային հիմք, դեզօքսիրիբոզ և օրթոֆոսֆատ մնացորդ;
- օրթոֆոսֆատ՝ դեզօքսիրիբոզով և գուանինի ազոտային մնացորդով։
Գրավոր, ԴՆԹ-ի կառուցվածքի սխեման պարզեցնելու համար, ադենիլային մնացորդը նշանակվում է որպես «A», գուանինի մնացորդը՝ «G», թիմիդինի մնացորդը՝ «T», իսկ ցիտոզինի մնացորդը՝ «C»: «. Կարևոր է, որ գենետիկական տեղեկատվությունը երկշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլից փոխանցվի սուրհանդակ ՌՆԹ: Այն քիչ տարբերություններ ունի. այստեղ, որպես ածխաջրային մնացորդ, կա ոչ թե դեզօքսիրիբոզ, այլ ռիբոզ, իսկ թիմիդիլ ազոտային հիմքի փոխարեն ՌՆԹ-ում հանդիպում է ուրացիլ:
:
ԴՆԹ-ի կառուցվածքը և գործառույթները
ԴՆԹ-ն կառուցված է կենսաբանական պոլիմերի սկզբունքով, որում նախապես ստեղծվում է մեկ շղթա՝ ըստ տվյալ կաղապարի՝ կախված մայր բջջի գենետիկական ինֆորմացիայից։ ԴՆԹ նուկլեոտիդներն այստեղ միացված են կովալենտային կապերով։ Այնուհետեւ, փոխլրացման սկզբունքի համաձայն, միաշղթա մոլեկուլի նուկլեոտիդներին կցվում են այլ նուկլեոտիդներ։ Եթե միաշղթա մոլեկուլում սկիզբը ներկայացված է նուկլեոտիդ ադենինով, ապա երկրորդ (կոմպլեմենտար) շղթայում այն կհամապատասխանի տիմինին։ Գուանինը լրացնում է ցիտոսինին։ Այսպիսով, կառուցվում է ԴՆԹ-ի երկշղթա մոլեկուլ: Այն գտնվում է միջուկում և պահպանում է ժառանգական տեղեկատվությունը, որը կոդավորված է կոդոններով՝ նուկլեոտիդների եռյակներով։ Երկաշղթա ԴՆԹ ֆունկցիաներ՝
- ծնող բջիջից ստացված ժառանգական տեղեկատվության պահպանում;
- գենի արտահայտություն;
- մուտացիոն փոփոխությունների կանխարգելում.
Սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների կարևորությունը
Ենթադրվում է, որ սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների գործառույթները տարածված են, մասնավորապես.նրանք ներգրավված են գեների արտահայտման մեջ: Նուկլեինաթթուն ինքնին նրանց պահեստավորման վայրն է, իսկ սպիտակուցը գենից տեղեկատվության ընթերցման վերջնական արդյունքն է: Գենն ինքնին ԴՆԹ-ի մեկ ինտեգրալ մոլեկուլի մի հատված է, որը լցված է քրոմոսոմում, որտեղ նուկլեոտիդների միջոցով գրանցվում է որոշակի սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը: Մեկ գենը կոդավորում է միայն մեկ սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությունը: Դա այն սպիտակուցն է, որը կիրականացնի ժառանգական տեղեկատվությունը:
ՌՆԹ-ի տեսակների դասակարգում
Նուկլեինաթթուների գործառույթները բջջում շատ բազմազան են։ Իսկ դրանք ամենաշատն են ՌՆԹ-ի դեպքում։ Այնուամենայնիվ, այս բազմաֆունկցիոնալությունը դեռ հարաբերական է, քանի որ ՌՆԹ-ի մի տեսակ պատասխանատու է գործառույթներից մեկի համար: Այս դեպքում կան ՌՆԹ-ի հետևյալ տեսակները՝
- վիրուսների և բակտերիաների միջուկային ՌՆԹ;
- մատրիցա (տեղեկություններ) RNA;
- ռիբոսոմային ՌՆԹ;
- սուրհանդակ ՌՆԹ պլազմիդ (քլորոպլաստ);
- Քլորոպլաստ ռիբոսոմային ՌՆԹ;
- միտոքոնդրիալ ռիբոսոմային ՌՆԹ;
- միտոքոնդրիալ սուրհանդակ ՌՆԹ;
- փոխանցման ՌՆԹ.
ՌՆԹ ֆունկցիաներ
Այս դասակարգումը պարունակում է ՌՆԹ-ի մի քանի տեսակներ, որոնք բաժանվում են՝ կախված գտնվելու վայրից: Սակայն ֆունկցիոնալ առումով դրանք պետք է բաժանել ընդամենը 4 տեսակի՝ միջուկային, տեղեկատվական, ռիբոսոմային և տրանսպորտային։ Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ի գործառույթը սպիտակուցի սինթեզն է՝ հիմնված սուրհանդակային ՌՆԹ-ի նուկլեոտիդային հաջորդականության վրա: Որտեղամինաթթուները «բերվում» են ռիբոսոմային ՌՆԹ, «կցվում» սուրհանդակ ՌՆԹ-ի վրա՝ տրանսպորտային ռիբոնուկլեինաթթվի միջոցով։ Այսպես է ընթանում սինթեզը ցանկացած օրգանիզմում, որն ունի ռիբոսոմներ։ Նուկլեինաթթուների կառուցվածքն ու գործառույթները ապահովում են ինչպես գենետիկական նյութի պահպանում, այնպես էլ սպիտակուցի սինթեզի գործընթացների ստեղծում։
Միտոքոնդրիալ նուկլեինաթթուներ
Եթե գրեթե ամեն ինչ հայտնի է բջջի գործառույթների մասին, որոնք կատարում են միջուկում կամ ցիտոպլազմայում տեղակայված նուկլեինաթթուները, ապա միտոքոնդրիումային և պլաստիդային ԴՆԹ-ի մասին դեռ քիչ տեղեկություններ կան: Այստեղ հայտնաբերվել են նաև հատուկ ռիբոսոմային և սուրհանդակային ՌՆԹ: Նուկլեինաթթուները ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն առկա են այստեղ նույնիսկ ամենաավտոտրոֆիկ օրգանիզմներում:
Հավանաբար նուկլեինաթթուն բջիջ է մտել սիմբիոգենեզով: Այս ճանապարհը գիտնականների կողմից համարվում է ամենահավանականը՝ այլընտրանքային բացատրությունների բացակայության պատճառով։ Գործընթացը դիտարկվում է հետևյալ կերպ. սիմբիոտիկ ավտոտրոֆ բակտերիան որոշակի ժամանակահատվածում հայտնվել է բջջի ներսում։ Արդյունքում միջուկազերծ այս բջիջը ապրում է բջջի ներսում և ապահովում է նրան էներգիա, բայց աստիճանաբար քայքայվում է։
Էվոլյուցիոն զարգացման սկզբնական փուլերում, հավանաբար, սիմբիոտիկ ոչ միջուկային բակտերիան տեղափոխել է մուտացիոն գործընթացները հյուրընկալող բջջի միջուկում: Սա թույլ է տվել գեներին, որոնք պատասխանատու են միտոքոնդրիալ սպիտակուցների կառուցվածքի մասին տեղեկատվության պահպանման համար, ներմուծել հյուրընկալ բջջի նուկլեինաթթու: Այնուամենայնիվ, առայժմ բջջում ինչ գործառույթներ են կատարում միտոքոնդրիալ ծագման նուկլեինաթթուները,շատ տեղեկություններ չկան։
Հավանաբար որոշ սպիտակուցներ սինթեզվում են միտոքոնդրիումներում, որոնց կառուցվածքը դեռ կոդավորված չէ հյուրընկալողի միջուկային ԴՆԹ-ով կամ ՌՆԹ-ով: Նաև հավանական է, որ բջիջը սպիտակուցի սինթեզի իր մեխանիզմի կարիքն ունի միայն այն պատճառով, որ ցիտոպլազմայում սինթեզված շատ սպիտակուցներ չեն կարող անցնել միտոքոնդրիայի կրկնակի թաղանթով: Միևնույն ժամանակ, այս օրգանելներն արտադրում են էներգիա, և, հետևաբար, եթե կա ալիք կամ հատուկ կրող սպիտակուցի համար, ապա դա բավարար կլինի մոլեկուլների շարժման համար և հակառակ կոնցենտրացիայի գրադիենտին։
Պլազմիդային ԴՆԹ և ՌՆԹ
Պլաստիդները (քլորոպլաստները) նույնպես ունեն իրենց ԴՆԹ-ն, որը, հավանաբար, պատասխանատու է նմանատիպ գործառույթների իրականացման համար, ինչպես դա տեղի է ունենում միտոքոնդրիումային նուկլեինաթթուների դեպքում: Այն ունի նաև իր ռիբոսոմային, սուրհանդակային և փոխանցող ՌՆԹ-ն: Ավելին, պլաստիդները, դատելով թաղանթների քանակից, այլ ոչ թե կենսաքիմիական ռեակցիաների քանակից, ավելի բարդ են։ Պատահում է, որ շատ պլաստիդներ ունեն թաղանթների 4 շերտ, ինչը գիտնականները բացատրում են տարբեր կերպ։
Ակնհայտ է մի բան՝ բջջում նուկլեինաթթուների գործառույթները դեռ ամբողջությամբ ուսումնասիրված չեն։ Հայտնի չէ, թե ինչ նշանակություն ունեն միտոքոնդրիումային սպիտակուցների սինթեզման համակարգը և համանման քլորոպլաստիկ համակարգը։ Նաև լիովին պարզ չէ, թե ինչու են բջիջներին անհրաժեշտ միտոքոնդրիալ նուկլեինաթթուներ, եթե սպիտակուցները (ակնհայտորեն ոչ բոլորը) արդեն կոդավորված են միջուկային ԴՆԹ-ում (կամ ՌՆԹ-ում՝ կախված օրգանիզմից): Չնայած որոշ փաստեր ստիպում են մեզ համաձայնել, որ միտոքոնդրիումների և քլորոպլաստների սպիտակուցային սինթեզող համակարգը պատասխանատու է նույն գործառույթների համար, ինչև միջուկի ԴՆԹ և ցիտոպլազմայի ՌՆԹ: Նրանք պահպանում են ժառանգական տեղեկատվությունը, վերարտադրում այն և փոխանցում դուստր բջիջներին։
CV
Կարևոր է հասկանալ, թե բջջում ինչ գործառույթներ են կատարում միջուկային, պլաստիդային և միտոքոնդրիալ ծագման նուկլեինաթթուները: Սա բազմաթիվ հեռանկարներ է բացում գիտության համար, քանի որ սիմբիոտիկ մեխանիզմը, ըստ որի ի հայտ են եկել բազմաթիվ ավտոտրոֆ օրգանիզմներ, այսօր կարող է վերարտադրվել։ Դա հնարավորություն կտա ձեռք բերել նոր տեսակի բջիջ, գուցե նույնիսկ մարդկային։ Թեև դեռ վաղ է խոսել բջիջներում բազմաթաղանթային պլաստիդային օրգանելների ներդրման հեռանկարների մասին։
Շատ ավելի կարևոր է հասկանալ, որ նուկլեինաթթուները պատասխանատու են բջջի գրեթե բոլոր գործընթացների համար: Սա և՛ սպիտակուցի կենսասինթեզն է, և՛ բջջի կառուցվածքի մասին տեղեկատվության պահպանումը։ Ավելին, շատ ավելի կարևոր է, որ նուկլեինաթթուները կատարեն ժառանգական նյութը ծնող բջիջներից դուստր բջիջներ փոխանցելու գործառույթը։ Սա երաշխավորում է էվոլյուցիոն գործընթացների հետագա զարգացումը։
