Mitä tapahtuisi, jos solulla ei olisi DNA: ta?

Solulla, jolla ei ole DNA: ta, on monia rajoituksia, jotka voivat nopeuttaa kuolemaansa. Solut vaativat DNA: ta välttämättömien elämäntoimintojen suorittamiseen, geneettisen materiaalin siirtämiseen, oikean proteiinin kokoamiseen ja sopeutumiseen vaihteleviin ympäristöolosuhteisiin. Jotkut pitkälle erikoistuneet solut irtoavat ytimestään tietyn tehtävän, kuten hemoglobiinin ja hiilidioksidin kuljettamiseksi, suorittamiseksi tehokkaammin. Anukleaarisolut, kuten kypsät punasolut, ovat alttiimpia ympäristötoksisuudelle ja niiden käyttöikä on suhteellisen lyhyt.

Deoksiribonukleiinihappo (DNA) sisältää elävien organismien geneettiset koodausohjeet. DNA koostuu adeniini-, sytosiini-, guaniini- ja tymiiniemäksistä, jotka muodostavat parin ja muodostavat yhteyden vetysidosten kautta. Sokeri- ja fosfaattimolekyyleihin kiinnittyvää komplementaarista emäsparia - kuten adeniini (A) ja tymiini (T) - kutsutaan nukleotidiksi. Pitkät nukleotidisäteet muodostavat kuuluisan kaksois-DNA-kierteen, jonka löysivät vuonna 1952 James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin ja Maurice Wilkins, Lontoon King's Collegen tutkijat.

Eukaryoottisolut replikoivat DNA: ta ja jakavat sitten kopion, kun solu jakautuu mitoosin tai meioosin kautta. Meioosi sisältää ylimääräisen vaiheen solujen jakautumisen aikana, jossa DNA-katkelmat irtoavat yhdestä kromosomista ja kiinnittyvät uudelleen vastaavaan kromosomiin. Jaetut kromosomit vedetään solun vastakkaisiin päihin, ja ydinvaipat uudistuvat kromatiinin ympärillä.

Ydin toimii ylipäällikkönä, joka kulkee käskyjä pitkin yksiköille. Ytimessä oleva DNA tarjoaa kaikki ohjeet organismin tarvitsemien proteiinien koodaamiseen. Ytimen menettäminen aiheuttaisi sekasortoa solun sisällä. Ilman selkeää ohjeistoa tyypillisellä somaattisella solulla ei olisi aavistustakaan, mitä tehdä seuraavaksi.

Solut tarvitsevat myös ytimen, joka auttaa säätelemään aineiden liikkumista solukalvon läpi. Molekyylit liikkuvat edestakaisin osmoosin, suodatuksen, diffuusion ja aktiivisen kuljetuksen kautta. Erilaisilla rakkuloilla on myös rooli aineiden siirtämisessä soluun tai ulos solusta. Ilman näytettä ylläpitävää ydintä solu voi romahtaa tai turpoaa ja räjähtää.

Ytimen vaippa on kaksikalvoinen rakenne, joka korjaa DNA: ta (kromatiinia) ytimen sisällä. Interfaasin aikana ydin hankkii ravinteita ja tarjoaa optimaalisen ympäristön DNA: n päällekkäisyydelle. Kun solu on valmis aloittamaan jakautumisen, ydinvaippa purkautuu ja vapauttaa kromosomit sytoplasmaan. DNA on suojattu ja vartioitu ytimessä, koska se sisältää koko organismin genomin, jota tarvitaan lajien lisääntymiseen.

Voiko elämä olla ilman DNA: ta? Asuvatko virukset? Ovatko kasvainsolut elossa? Näihin kysymyksiin vastaaminen vaatii ymmärrystä ja yhteisymmärrystä elämän tarkoituksesta, mutta ei salaisessa filosofisessa mielessä. Mukaan NASAn astrobiologit"Elämä on itsensä ylläpitävä kemiallinen järjestelmä, joka kykenee Darwinin evoluutioon." Elämän määritelmät eroavat kuitenkin toisistaan, ja se vaikuttaa esimerkiksi vain RNA: ta sisältävien virusten luokitteluun.

Eukaryoottisolut sisältävät ytimessään DNA: ta, joka valvoo normaaleja toimintamenetelmiä. Solujaon tarkoituksena on kasvaa ja lisääntyä. Evoluutio ja sopeutuminen johtuvat ainutlaatuisista DNA-nukleotidipareista. Soluilla, joissa ei ole DNA: ta, ei ole geneettistä materiaalia siirrettäväksi.

Messenger-ribonukleiinihappomolekyylit (mRNA) toimivat ydin-DNA: n ja muun solun välitulkkina. Kuten nimestä voi päätellä, mRNA kopioi (transkriptoi) DNA: n osia ja lähettää luettavia viestejä organelleille, ilmoittaen milloin jaetaan tai kootaan tietyntyyppiset proteiinit. Jos solu menettäisi ytimensä ja DNA: nsa, solu heikkenisi lopulta ja kiinnittäisi immuunijärjestelmän syövien mikrofagien huomion.

Eukaryoottisoluilla on ydin, joka sisältää DNA: ta. Määritelmän mukaan eukaryoottisia organismeja ei syntyisi ilman DNA: ta. Ytimen lisäksi eukaryoottiset organismit sisältävät monenlaisia ​​organelleja, jotka toimivat vihjeenä:

• endoplasminen verkkokalvo (ER) on taitettu kalvo, joka on kiinnitetty ytimeen. Ulkokerrosta kutsutaan karkeaksi ER: ksi, koska se on peitetty kuoppaisilla ribosomeilla. Proteiinimolekyylit laitetaan yhteen karkean ER: n ja ER: n sileän sisäkerroksen väliin. Vesikkelit siirtävät vasta kootut proteiinit Golgin laite jatkokäsittelyä ja jakelua varten.

• Ribosomit ovat pieniä mutta tärkeitä proteiinirakenteita. Ribsomit purkavat DNA: sta kopioidun lähettimen RNA: n ja laittavat määrätyt aminohapot oikeaan järjestykseen. Sen jälkeen, kun ribosomit ovat muodostuneet nukleolukseen, ne kelluvat sytoplasmassa tai sitoutuvat karkeaan endoplasman verkkoon.
  

• sytoplasma on solussa oleva puolinesteinen neste, joka helpottaa kemiallisia reaktioita. Kuituproteiineista valmistettu sytoskeletti auttaa sijoittamaan organellit sytoplasmaan. Kromididit tiivistyvät mitoosissa ja asettuvat solun keskiosaa pitkin, ennen kuin mitoottinen kara, joka koostuu sytoplasman mikrotubuleista, vetää ne erilleen.
  

• Vacuoles ovat solussa olevia säilytyspusseja, jotka väliaikaisesti pidättävät ruokaa, vettä ja jätettä. Kasveilla on suuri tyhjiö, joka varastoi vettä, säätelee veden painetta ja vahvistaa soluseinää.
  

• Mitokondrioita tunnetaan yleisesti solun voimalaitoksena. Adenosiinitrifosfaatti (ATP) -energiaa tuotetaan soluhengityksen kautta. Solut, joilla on suuri energiantarve, sisältävät paljon mitokondrioita.
  

Prokaryoottisten solujen DNA sijaitsee nukleoidialueella. Prokaryoottista DNA: ta ja organelleja ei ympäröi kalvot. Proteiinia tuottavat ribosomit ovat sytoplasmassa hallitseva organelli. Bakteerit ovat esimerkki prokaryoottisista elämänmuodoista; joillakin on whiplike flagellum, jotka ovat aistinvaraisia ​​organelleja.

Suurin osa DNA: sta sijaitsee ytimessä (ydin-DNA), mutta pieniä määriä on myös mitokondrioissa (mitokondrioiden DNA). Ydin-DNA säätelee solujen aineenvaihduntaa ja siirtää geneettistä materiaalia jakautuvasta solusta toiseen. Mitokondrioiden DNA syntetisoi proteiineja, tuottaa entsyymejä ja replikoituu itsestään. Prokaryoottisolut sisältävät myös DNA: ta, mutta ei ole ydinkalvoa tai verhokäyrää.

Solu vaatii ytimen joistakin samoista syistä, joita keho tarvitsee sydämen ja aivojen. Ydin hallinnoi solun päivittäisiä toimintoja. Organellit tarvitsevat ohjeita ytimeltä. Ilman ydintä solu ei voi saada mitä tarvitsee selviytyäkseen ja menestyäkseen.

Solulta, jolla ei ole DNA: ta, ei ole kykyä tehdä paljon muuta kuin annettua tehtävää. Elävät organismit riippuvat DNA: n geeneistä ohjaamaan proteiineja ja entsyymejä. Jopa alkeellisissa elämänmuodoissa on DNA tai RNA. Ihmiskehon 46 kromosomissa on noin 20 500 geeniä DNA: ssa, jotka ovat vastuussa biljoonista soluista ihmiskudoksessa, mukaan Genetics Digest.

Kaikki organismit alkavat pienellä solupallolla, joka on erikoistunut moniin erityyppisiin soluihin, kuten neuroneihin, valkosoluihin ja lihassoluihin. Alussa kaikki solut tarvitsevat ytimen kertomaan sille mitä tehdä. Ohjeet voivat sisältää jopa ohjelmoidun kuoleman. Esimerkiksi hiukset, iho ja kynnet ovat kuolleita soluja, jotka on täytetty keratiinilla.

Lisääntymis- tai terapeuttiseen kloonaukseen kuuluu munasolun ytimen poistaminen ja korvaaminen somaattisen luovuttajasolun ytimellä. Sitten solu käynnistetään sähköisesti tai kemiallisesti. Huolellisesti kontrolloiduissa olosuhteissa solut kasvavat ja erilaistuvat uudeksi elimeksi, kudokseksi tai organismiksi, jolla on luovuttajan DNA.

Aikuiset punasolut ja ihon ja suoliston epiteelisolut ovat alttiita kulumiselle, vammoille ja mutaatioille lauttajätteiden vuoksi tai joutuessaan kosketuksiin ympäristömyrkkyjen kanssa. Ei ole yllättävää, että solut, joilla ei ole ydintä, kuolevat nopeammin kuin muun tyyppiset solut. Ytimen puuttuminen tällaisissa soluissa tarjoaa suojaavan tekijän. Jos näillä soluilla olisi ydin, kromosomivaurioiden todennäköisyys olisi suurempi ja mahdollisesti kohtalokas organismi, jos sen annetaan jakautua ja kulkea pitkin henkeä uhkaavia mutaatioita aiheuttaen sairauksia ja kasvaimet.

Ilman DNA: ta solut eivät voineet lisääntyä, mikä tarkoittaisi lajin häviämistä. Normaalisti ydin tekee kopioita kromosomaalisesta DNA: sta, sitten DNA: n segmentit yhdistyvät ja seuraavaksi kromosomit jakautuvat kahdesti muodostaen neljä haploidista muna- tai siittiösolua. Meioosivirheet voivat johtaa soluihin, joista puuttuu DNA ja perinnölliset sairaudet.

Eläinsolujen tavoin kasvisoluilla on kalvoon suljettu ydin, joka sisältää DNA: ta. Lisäksi kasvit sisältävät klorofylliä, joka sieppaa aurinkoenergiaa käytettäväksi fotosynteesissä ja ruokaenergian keräämisessä. Kasvit puolestaan ​​tuottavat ruokaa muulle ruokaverkolle. Kasvit parantavat myös ympäristöä vapauttamalla happea ja upottamalla ilmakehän hiilidioksidia.

Ytimen läsnäolo antaa kasvien lisääntyä ja ylläpitää populaation vakautta. Jos kasveilla ei olisi solun toimintaa ohjaavaa ydintä, he eivät pystyisi valmistamaan ruokaa. Tämän seurauksena kasvit kuolevat. Kasvinsyöjät puolestaan ​​olisivat vaarassa, jos heidän ruokalähteensä poistettaisiin.

Biologinen monimuotoisuus on avain monisoluisten organismien lajien säilymiseen. Kasvilajit eivät voi siirtyä uuteen kotiin, jos ilmastonmuutos tai tautivektorit uhkaavat yhtäkkiä tietyllä alueella eristetyn lajin selviytymistä. Meioosissa tapahtuvan geenirekombinaation kautta populaatioissa esiintyy geneettistä vaihtelua, joka tekee tietyistä kasveista kovempia ja vastustuskykyisempiä ainutlaatuisen genominsa ansiosta. Vaikka samantyyppiset kasvit saattavat kaikki näyttää samanlaisilta ensi silmäyksellä, koulutetulle silmälle on tyypillisesti havaittavissa pieniä, mutta merkittäviä eroja.

Esimerkiksi kahdella rinnakkain kasvavalla näennäisesti identtisellä kasvilla voi olla pieniä muutoksia keskimääräisessä lehtien koossa, venation ja juurirakenteessa niiden ainutlaatuisen genotyypin vuoksi. Tällaiset hienovaraiset erot voivat olla hyödyllisiä tai haitallisia, jos ympäristöolosuhteet muuttuvat. Esimerkiksi kuivuuden aikana kasvien veden haihtumisaste on suurempi. Kasvit, joilla on voimakkaasti suonet, pienet lehdet, voivat olla paremmin soveltuvia selviytymään ja lisääntymään esimerkiksi kuivissa olosuhteissa.

Virukset voivat olla vakava uhka isäntäsolun DNA: lle. Virus tartuttaa isäntänsä injektoimalla virus-DNA: n tai RNA: n molekyylejä isäntäsoluun. Viruksen DNA käskee solua tuottamaan kopioita virusproteiineista eikä solun omasta, luomaan lisää viruksia, jotka replikoituvat edelleen. Lopulta solu voi rikkoutua ja kuolla levittäen viruksia, jotka jakautuvat yhä uudelleen. Yleisiä sairauksia, kuten vesirokko ja influenssa, aiheuttavat virukset, jotka eivät reagoi antibiooteihin.

Solu- ja molekyylibiologiaa opiskelevilla opiskelijoilla on oltava vahva käsitys DNA: n roolista ja merkityksestä solusyklin kaikissa vaiheissa. Elävät organismit eivät voisi kasvaa ilman DNA: ta. Lisäksi kasvit eivät voineet jakaa mitoosilla, eivätkä eläimet voineet vaihtaa geenejä meioosin kautta. Suurin osa soluista ei yksinkertaisesti olisi soluja ilman DNA: ta.

Esimerkkikysymykset:

Jos sen ydin ja DNA puuttuvat, a kasvisolu ei pystyisi mikä seuraavista?

1. Suorita solusykli loppuun.
2. Kasvaa suuremmaksi.
3. Jaa mitoosilla.
4. Kaikki yllä oleva.

Jos sen ydin ja DNA puuttuivat, eläinsolu ei pystyisi tekemään mikä seuraavista?

1. Suorita solusykli loppuun.
2. Kasvaa suuremmaksi.
3. Jaa meioosilla.
4. Kaikki yllä oleva.