Was würde passieren, wenn die Zelle keine DNA hätte?

Eine Zelle ohne DNA hat viele Einschränkungen, die ihren Untergang beschleunigen können. Zellen benötigen DNA, um lebenswichtige Funktionen zu erfüllen, genetisches Material zu übertragen, die richtigen Proteine ​​​​zusammenzustellen und sich an schwankende Umweltbedingungen anzupassen. Einige hochspezialisierte Zellen werfen ihren Kern ab, um eine bestimmte Aufgabe effizienter zu erfüllen, wie zum Beispiel den Transport von Hämoglobin und Kohlendioxid. Kernlose Zellen wie reife rote Blutkörperchen sind anfälliger für Umwelttoxizität und haben eine relativ kurze Lebensdauer.

Desoxyribonukleinsäure (DNA) enthält die genetischen Kodierungsanweisungen lebender Organismen. DNA besteht aus Adenin-, Cytosin-, Guanin- und Thyminbasen, die sich paaren und über Wasserstoffbrücken verbinden. Ein komplementäres Basenpaar – wie Adenin (A) und Thymin (T) –, das an Zucker- und Phosphatmoleküle gebunden ist, wird als Nukleotid bezeichnet. Lange Nukleotidstränge bilden die heute berühmte Doppel-DNA-Helix, die 1952 von James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin und Maurice Wilkins, Wissenschaftlern am King's College in London, entdeckt wurde.

Eukaryotische Zellen replizieren DNA und teilen sich dann eine Kopie, wenn sich die Zelle durch den Prozess der Mitose oder Meiose teilt. Die Meiose umfasst einen zusätzlichen Schritt während der Zellteilung, bei dem DNA-Schnipsel von einem Chromosom abbrechen und sich wieder an das passende Chromosom anlagern. Geteilte Chromosomen werden zu den gegenüberliegenden Enden der Zelle gezogen und die Kernhüllen bilden sich um das Chromatin herum.

Der Kern dient als Oberbefehlshaber, der Befehle an Befehlseinheiten weitergibt. Die im Zellkern untergebrachte DNA liefert alle Anweisungen zur Kodierung der vom Organismus benötigten Proteine. Ein Verlust des Zellkerns würde zu Chaos in der Zelle führen. Ohne klare Anweisungen hätte die typische Körperzelle keine Ahnung, was sie als nächstes tun soll.

Zellen brauchen auch einen Zellkern, um die Bewegung von Substanzen durch die Zellmembran zu regulieren. Moleküle bewegen sich durch Osmose, Filtration, Diffusion und aktiven Transport hin und her. Verschiedene Arten von Vesikeln spielen auch eine Rolle bei der Bewegung von Substanzen in die oder aus der Zelle. Ohne einen Kern, der die Show leitet, könnte eine Zelle zusammenbrechen oder anschwellen und platzen.

Die Kernhülle ist eine Doppelmembranstruktur, die DNA (Chromatin) im Kern einschließt. Während der Interphase beschafft der Zellkern Nährstoffe und bietet eine optimale Umgebung für die Duplizierung der DNA. Sobald die Zelle bereit ist, sich zu teilen, zerlegt sich die Kernhülle und gibt die Chromosomen in das Zytoplasma frei. Die DNA wird im Zellkern geschützt und bewacht, da sie das gesamte Genom des Organismus enthält, das für die Artenvermehrung benötigt wird.

Kann Leben ohne DNA existieren? Leben Viren? Leben Tumorzellen? Die Beantwortung dieser Fragen erfordert Verständnis und Übereinstimmung über den Sinn des Lebens, jedoch nicht im arkanen philosophischen Sinne. Gemäß Astrobiologen der NASA, "Das Leben ist ein sich selbst erhaltendes chemisches System, das zur darwinistischen Evolution fähig ist." Die Definitionen von Leben sind jedoch unterschiedlich, und das beeinflusst beispielsweise die Klassifizierung von Viren, die nur RNA enthalten.

Eukaryontische Zellen enthalten DNA in ihrem Kern, die die normalen Betriebsabläufe überwacht. Der Zweck der Zellteilung ist zu wachsen und sich zu vermehren. Evolution und Anpassung resultieren aus einzigartigen Paarungen von DNA-Nukleotiden. Zellen ohne DNA hätten kein genetisches Material zu übertragen.

Messenger-Ribonukleinsäure (mRNA)-Moleküle fungieren als Vermittler zwischen der nuklearen DNA und dem Rest der Zelle. Wie der Name schon sagt, kopiert (transkribiert) mRNA Teile der DNA und sendet lesbare Nachrichten an Organellen, die signalisieren, wann bestimmte Arten von Proteinen geteilt oder zusammengesetzt werden sollen. Wenn eine Zelle ihren Kern und ihre DNA verliert, würde die Zelle schließlich schwächen und die Aufmerksamkeit von verschlingenden Mikrophagen im Immunsystem auf sich ziehen.

Eukaryontische Zellen haben einen Kern, der DNA enthält. Ohne DNA würden eukaryotische Organismen per Definition nicht existieren. Neben einem Kern enthalten eukaryotische Organismen viele Arten von Organellen, die auf ein Stichwort hin arbeiten:

• Das endoplasmatisches Retikulum (ER) ist eine gefaltete Membran, die mit dem Kern verbunden ist. Die äußere Schicht wird als raues ER bezeichnet, weil sie mit holprigen Ribosomen bedeckt ist. Proteinmoleküle werden zwischen dem rauen ER und der glatten inneren Schicht des ER zusammengefügt. Vesikel transportieren die neu zusammengesetzten Proteine ​​in die Golgi-Apparat zur Weiterverarbeitung und Verteilung.

• Ribosomen sind winzige, aber wichtige Proteinstrukturen. Ribsomen entschlüsseln die von der DNA kopierte Boten-RNA und setzen die vorgeschriebenen Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge zusammen. Nach ihrer Bildung im Nukleolus schwimmen Ribosomen im Zytoplasma herum oder binden an das raue endoplasmatische Retikulum.
  

• Das Zytoplasma ist eine halbflüssige Flüssigkeit in der Zelle, die chemische Reaktionen ermöglicht. Das Zytoskelett – bestehend aus faserigen Proteinen – hilft bei der Positionierung von Organellen im Zytoplasma. Chromatiden kondensieren in der Mitose und reihen sich in der Mitte der Zelle aneinander, bevor sie von der mitotischen Spindel, die aus Mikrotubuli im Zytoplasma besteht, auseinander gezogen werden.
  

• Vakuolen sind Aufbewahrungsbeutel in der Zelle, die vorübergehend Nahrung, Wasser und Abfall speichern. Pflanzen haben eine große Vakuole, die Wasser speichert, den Wasserdruck reguliert und die Zellwand stärkt.
  

• Mitochondrien werden allgemein als das Kraftwerk der Zelle bezeichnet. Adenosintriphosphat (ATP) Energie wird durch Zellatmung produziert. Zellen mit hohem Energiebedarf enthalten viele Mitochondrien.
  

Die DNA prokaryotischer Zellen befindet sich in einer nukleoiden Region. Prokaryontische DNA und Organellen sind nicht von Membranen umgeben. Ribosomen, die Protein produzieren, sind die vorherrschenden Organellen im Zytoplasma. Bakterien sind Beispiele für prokaryontische Lebensformen; einige haben peitschenartige Flagellum, die Sinnesorganellen sind.

Die meiste DNA befindet sich im Zellkern (nukleare DNA), aber auch in den Mitochondrien (mitochondriale DNA) sind geringe Mengen vorhanden. Kern-DNA reguliert den Zellstoffwechsel und überträgt genetisches Material von einer sich teilenden Zelle zur nächsten. Mitochondriale DNA synthetisiert Proteine, stellt Enzyme her und repliziert sich selbst. Prokaryontische Zellen enthalten auch DNA, aber es gibt keine Kernmembran oder Hülle.

Eine Zelle benötigt aus den gleichen Gründen einen Zellkern wie ein Körper ein Herz und ein Gehirn. Der Kern verwaltet die täglichen Operationen der Zelle. Organellen brauchen Anweisungen vom Zellkern. Ohne einen Zellkern kann die Zelle nicht das bekommen, was sie zum Überleben und Gedeihen braucht.

Einer Zelle ohne DNA fehlt die Fähigkeit, viel anderes als ihre eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Lebende Organismen sind auf Gene in der DNA angewiesen, um Proteine ​​und Enzyme zu steuern. Sogar primitive Lebensformen haben DNA oder RNA. Innerhalb der 46 Chromosomen des menschlichen Körpers gibt es ungefähr 20.500 Gene in der DNA, die für die Billionen von Zellen im menschlichen Gewebe verantwortlich sind, gemäß Genetics Digest.

Alle Organismen beginnen mit einem kleinen Zellballen, der sich auf viele verschiedene Zelltypen wie Neuronen, weiße Blutkörperchen und Muskelzellen spezialisiert hat. Am Anfang brauchen alle Zellen einen Zellkern, der ihr sagt, was sie tun soll. Anweisungen können sogar den programmierten Tod beinhalten. Haare, Haut und Nägel sind beispielsweise tote Zellen, die mit Keratin gefüllt sind.

Beim reproduktiven oder therapeutischen Klonen wird der Kern einer Eizelle entfernt und durch den Kern einer somatischen Spenderzelle ersetzt. Dann wird die Zelle elektrisch oder chemisch fremdgestartet. Unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen wachsen die Zellen und differenzieren sich zu einem neuen Organ, Gewebe oder Organismus, das die DNA des Spenders besitzt.

Reife rote Blutkörperchen und Epithelzellen der Haut und des Darms sind anfällig für Verschleiß, Verletzungen und Mutationen aufgrund von Abfallstoffen oder dem Kontakt mit Umweltgiften. Es überrascht nicht, dass Zellen ohne Zellkern schneller absterben als andere Zelltypen. Das Fehlen eines Kerns in solchen Zellen bietet einen Schutzfaktor. Wenn diese Zellen einen Zellkern hätten, wäre die Wahrscheinlichkeit einer Chromosomenschädigung höher und möglicherweise tödlich für der Organismus, wenn er sich teilen und weitergeben darf, lebensbedrohliche Mutationen, die Krankheiten verursachen und Tumoren.

Ohne DNA könnten sich Zellen nicht vermehren, was das Aussterben der Art bedeuten würde. Normalerweise macht der Kern Kopien der chromosomalen DNA, dann rekombinieren DNA-Segmente und als nächstes teilen sich die Chromosomen zweimal, wodurch vier haploide Ei- oder Samenzellen gebildet werden. Fehler bei der Meiose können zu Zellen mit fehlender DNA und vererbbaren Krankheiten führen.

Pflanzenzellen haben wie tierische Zellen einen von einer Membran umschlossenen Kern, der DNA enthält. Darüber hinaus enthalten Pflanzen Chlorophyll, das Sonnenenergie für die Photosynthese und die Gewinnung von Nahrungsenergie einfängt. Pflanzen wiederum produzieren Nahrung für den Rest des Nahrungsnetzes. Pflanzen verbessern auch die Umwelt, indem sie Sauerstoff freisetzen und atmosphärisches Kohlendioxid absenken.

Das Vorhandensein eines Zellkerns ermöglicht es Pflanzen, sich zu vermehren und die Populationsstabilität aufrechtzuerhalten. Wenn Pflanzen keinen Zellkern hätten, der die Aktivitäten der Zelle steuert, könnten sie keine Nahrung herstellen. Folglich würden Pflanzen aussterben. Pflanzenfresser wären wiederum gefährdet, wenn ihre Nahrungsquelle eliminiert würde.

Biodiversität ist der Schlüssel zum Überleben von Arten für vielzellige Organismen. Pflanzenarten können nicht in eine neue Heimat einwandern, wenn Klimaänderungen oder Krankheitsüberträger plötzlich das Überleben einer isolierten Art in einem bestimmten Gebiet bedrohen. Durch die Rekombination von Genen bei der Meiose existiert innerhalb von Populationen eine genetische Variation, die bestimmte Pflanzen dank ihres einzigartigen Genoms widerstandsfähiger und widerstandsfähiger macht. Obwohl Pflanzen der gleichen Art auf den ersten Blick alle gleich aussehen, sind für das geschulte Auge typischerweise kleine, aber signifikante Unterschiede erkennbar.

Zum Beispiel können zwei scheinbar identische Pflanzen, die nebeneinander wachsen, aufgrund ihres einzigartigen Genotyps leichte Abweichungen in der durchschnittlichen Blattgröße, Nervatur und Wurzelstruktur aufweisen. Solche feinen Unterschiede können hilfreich oder schädlich sein, wenn sich die Umgebungsbedingungen ändern. In Dürreperioden sind Pflanzen beispielsweise mit einer höheren Wasserverdunstung konfrontiert. Pflanzen mit stark geäderten, kleinen Blättern können beispielsweise besser geeignet sein, unter trockenen Bedingungen zu überleben und sich fortzupflanzen.

Viren können eine ernsthafte Bedrohung für die DNA der Wirtszelle darstellen. Ein Virus infiziert seinen Wirt, indem es Moleküle viraler DNA oder RNA in eine Wirtszelle injiziert. Die virale DNA befiehlt der Zelle, Kopien von viralen Proteinen anstelle der eigenen zu produzieren, um mehr Viren zu erzeugen, die sich weiter vermehren. Schließlich kann die Zelle platzen und sterben und Viren verbreiten, die sich immer wieder teilen. Häufige Krankheiten wie Windpocken und Grippe werden durch Viren verursacht, die auf Antibiotika nicht ansprechen.

Studierende der Zell- und Molekularbiologie müssen die Rolle und Bedeutung der DNA in allen Phasen des Zellzyklus verstehen. Ohne DNA könnten lebende Organismen nicht wachsen. Außerdem konnten sich Pflanzen nicht durch Mitose teilen und Tiere konnten keine Gene durch Meiose austauschen. Die meisten Zellen wären ohne DNA einfach keine Zellen.

Beispieltestfragen:

Wenn sein Kern und seine DNA fehlten, a Pflanzenzelle wäre nicht in der Lage welche der folgenden?

1. Schließe den Zellzyklus ab.
2. Größer werden.
3. Durch Mitose teilen.
4. Alles das oben Genannte.

Wenn sein Kern und seine DNA fehlten, Tierzelle wäre nicht in der Lage welche der folgenden?

1. Schließe den Zellzyklus ab.
2. Größer werden.
3. Durch Meiose teilen.
4. Alles das oben Genannte.