Από τότε που ο James Watson και ο Francis Crick αποκάλυψαν το δομή του DNA, έχει γίνει αποδεκτό ως το μόριο της κληρονομικότητας. Πριν από την ανακάλυψή τους, η επιστημονική κοινότητα διατήρησε κάποιο σκεπτικισμό ότι το DNA ήταν στη δουλειά, επειδή ο ρόλος του DNA είναι τετραπλός και φαινόταν πολύ απλό ένα μόριο για να εκτελέσει αυτές τις τέσσερις απαραίτητες λειτουργίες: αναπαραγωγή, κωδικοποίηση, διαχείριση κυττάρων και ικανότητα αλλάσσω.
Η μοναδική δομή του DNA του επιτρέπει να εκπληρώνει όλες αυτές τις λειτουργίες.
Τα δομικά στοιχεία του DNA
Το DNA είναι σύντομο για το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ. Αποτελείται από τέσσερις αζωτούχες βάσεις, συντετμημένα A, C, G και T. Αυτές οι βάσεις σχηματίζουν δύο κλώνους και συνδέονται μεταξύ τους σε σχηματισμό διπλής έλικας.
Το A συνδέεται πάντα με το Τ σε ένα σκέλος, και το C συνδέεται πάντα με το G στο άλλο, το οποίο ονομάζεται συμπληρωματικός συνδυασμός βάσεων κανόνας.
Αναπαραγωγή
Ένας σκοπός του DNA είναι η αναπαραγωγή. Αυτό σημαίνει ότι ένα σκέλος του DNA δημιουργεί ένα αντίγραφο του. Συμβαίνει κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης και έτσι το DNA μεταδίδει κληρονομικά χαρακτηριστικά στο επόμενο σύνολο κυττάρων.
Στη διάρκεια Αναπαραγωγή DNA, η διπλή έλικα ξετυλίγεται για να σχηματίσει δύο μονά σκέλη. Όταν οι δύο κλώνοι του DNA διαχωρίζονται και δημιουργηθεί επιτυχώς ένας νέος κλώνος, θα χρησιμοποιήσει το σχέδιο του υπάρχοντος κλώνου για να δημιουργήσει ένα ακριβές αντίγραφο.
Μερικές φορές, για διάφορους λόγους, η αναπαραγωγή δεν παράγει ακριβές αντίγραφο. Αυτό αναφέρεται ως α Μετάλλαξη DNA. Οι μεταλλάξεις είναι κρίσιμες για την εξέλιξη, καθώς επιτρέπουν στους οργανισμούς να αναπτύξουν προσαρμογές που μπορούν να τους βοηθήσουν να επιβιώσουν σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα.
Ωστόσο, οι μεταλλάξεις του DNA στον άνθρωπο μπορούν επίσης να οδηγήσουν τους γονείς να μεταδώσουν εν γνώσει τους ορισμένες γενετικές καταστάσεις στα παιδιά τους, όπως η κυστική ίνωση, η ασθένεια Tay-Sachs και η δρεπανοκυτταρική αναιμία.
Κωδικοποίηση
Η κωδικοποίηση είναι μια άλλη λειτουργία του DNA. Η εργασία κάθε κυττάρου γίνεται από πρωτεΐνες, οπότε ένας από τους ρόλους του DNA είναι η δημιουργία των σωστών πρωτεϊνών για κάθε κύτταρο. Το DNA γεμίζει αυτόν τον ρόλο περιέχοντας τμήματα τριών βάσεων - που ονομάζονται κωδικόνια - που κατευθύνουν το σχηματισμό πρωτεϊνών.
Σε ένα μακρύ τμήμα DNA, κάθε κωδικόνιο περιέχει τις πληροφορίες που κατευθύνουν τη συναρμολόγηση ενός αμινοξέος σε μια πρωτεΐνη. Διαφορετικά κωδικόνια αντιστοιχούν στη συναρμολόγηση ενός άλλου αμινοξέος σε μια πρωτεΐνη, επομένως ένα ολόκληρο τμήμα του DNA με μια δεδομένη αλληλουχία βάσεων θα δημιουργήσει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη.
Κυτταρική διαχείριση
Σε πολυκύτταρους οργανισμούς, ένα μόνο γονιμοποιημένο κύτταρο, ένα ζυγωτό, διαιρεί και επαναλαμβάνει πολλές φορές για να δημιουργήσει ένα ολόκληρο ζωντανό ον. Κάθε κύτταρο έχει ακριβώς το ίδιο γενετικό υλικό, αλλά διαφορετικά κύτταρα αναπτύσσονται σε διαφορετικές μόδες.
Δηλαδή, σε μια διαδικασία που ονομάζεται διαφοροποίηση κυττάρων μερικά κύτταρα χτίζουν τις σωστές πρωτεΐνες για να γίνουν κύτταρα του ήπατος, και άλλα γίνονται κύτταρα του δέρματος, άλλα κύτταρα του στομάχου. Επιπλέον, τα κελιά πρέπει να αλλάξουν τον τρόπο λειτουργίας τους καθώς αλλάζουν οι συνθήκες. Τα στομαχικά σας κύτταρα, για παράδειγμα, πρέπει να παράγουν περισσότερες πεπτικές ορμόνες και ένζυμα όταν υπάρχει τροφή.
Το DNA το κάνει μέσω σημάτων που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν την παραγωγή πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην πέψη. Το ίδιο πράγμα συμβαίνει καθώς τα κύτταρα διαφοροποιούνται: τα σήματα ενεργοποιούν τα σωστά επίπεδα παραγωγής πρωτεϊνών για να σχηματίσουν το κατάλληλο κύτταρο.
Η ικανότητα για μετάλλαξη
Η εξέλιξη είναι η αλλαγή των χαρακτηριστικών καθώς παράγονται γενιές ενός οργανισμού. Η εξέλιξη συμβαίνει σε μικρές κλίμακες μέσα σε έναν οργανισμό - όπως αλλαγές στο χρώμα του δέρματος ή των μαλλιών στους ανθρώπους - και επίσης σε μεγάλες κλίμακες - όπως η δημιουργία του τεράστιου εύρους ζωής στη Γη από ένα πρώιμο μονοκύτταρο οργανισμός.
Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο εάν το γενετικό μόριο μπορεί να αλλάξει, μπορεί να μεταλλαχθεί. Όπως αντιγράφει το DNA για να φτιάξει αυγό και σπερματοζωάρια, οι αλλαγές μπορούν να περάσουν σε διάφορα επίπεδα.
Ένας τρόπος είναι μέσω αλλαγών ενός σημείου που προσθέτουν, αφαιρούν ή αλλάζουν μια υπάρχουσα ακολουθία. Άλλες αλλαγές συμβαίνουν όταν τα μόρια DNA διασταυρώνονται μεταξύ τους, αλλάζοντας τη διάταξη των γονιδίων σε καθένα από τους δύο διασταυρωμένους κλώνους του DNA.