Mi történne, ha a sejtnek nem lenne DNS-e?

A DNS nélküli sejtnek számos korlátja van, amelyek meggyorsíthatják pusztulását. A sejtek DNS-t igényelnek az alapvető életfunkciók elvégzéséhez, a genetikai anyagok továbbításához, a megfelelő fehérjék összeállításához és az ingadozó környezeti körülményekhez való alkalmazkodáshoz. Néhány nagymértékben specializálódott sejt leadja magját, hogy hatékonyabban hajtson végre egy adott feladatot, például a hemoglobin és a szén-dioxid szállítását. Az olyan sejtmagok, mint az érett vörösvérsejtek, hajlamosabbak a környezeti toxicitásra és viszonylag rövid az élettartamuk.

A dezoxiribonukleinsav (DNS) az élő szervezetek genetikai kódolási utasításait tartalmazza. A DNS adenin-, citozin-, guanin- és timinbázisokból áll, amelyek párosulnak és hidrogénkötéseken keresztül kapcsolódnak össze. A cukor- és foszfátmolekulákhoz kapcsolódó komplementer bázispárt - mint az adenin (A) és a timin (T) - nukleotidnak nevezzük. Hosszú nukleotidszálak alkotják azt a ma már híres kettős DNS-spirált, amelyet 1952-ben fedezett fel James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin és Maurice Wilkins, a londoni King's College tudósai.

Az eukarióta sejtek replikálják a DNS-t, majd megosszák egy másolatukat, amikor a sejt megosztódik a mitózis vagy a meiózis folyamata során. A meiózis egy extra lépést tartalmaz a sejtosztódás során, amikor a DNS-részek az egyik kromoszómából elszakadnak, és újból a megfelelő kromoszómához kapcsolódnak. Az osztott kromoszómák a sejt ellentétes végeire húzódnak, és a mag burkolatai megreformálódnak a kromatin körül.

A mag főparancsnokként szolgál, amely parancsok mentén adja át az egységeket. A sejtmagban elhelyezett DNS minden utasítást megad a szervezet számára szükséges fehérjék kódolásához. A mag elvesztése súlyos károkat okozhat a sejtben. Világos utasításkészlet nélkül a tipikus szomatikus sejtnek fogalma sem lenne a továbbiakról.

A sejteknek magra is szükségük van, hogy segítsék az anyagok mozgását a sejtmembránon keresztül. A molekulák előre-hátra mozognak ozmózis, szűrés, diffúzió és aktív transzport révén. Különböző típusú vezikulák is szerepet játszanak az anyagok sejtbe vagy onnan történő mozgatásában. A bemutatót lebonyolító sejtmag nélkül egy sejt összeomolhat, megduzzadhat és felszakadhat.

A sejtburok egy kettős membrános szerkezet, amely korrigálja a DNS-t (kromatint) a mag belsejében. Az interfázis során a mag tápanyagokat szerez, és optimális környezetet biztosít a DNS duplikációjához. Miután a sejt készen áll az osztódás megkezdésére, a nukleáris burok szétesik és felszabadítja a kromoszómákat a citoplazmába. A DNS azért védett és őrzött a magban, mert tartalmazza a fajok szaporodásához szükséges organizmus teljes genomját.

Létezhet-e élet DNS nélkül? Élnek a vírusok? Élnek a daganatos sejtek? E kérdések megválaszolása megköveteli az élet értelmének megértését és egyetértését, de nem arcán filozófiai értelemben. Alapján NASA asztrobiológusok"Az élet egy önfenntartó kémiai rendszer, amely képes a darwini evolúcióra." Az élet definíciói azonban eltérnek, és ez befolyásolja például a csak RNS-t tartalmazó vírusok osztályozását.

Az eukarióta sejtek magjukban DNS-t tartalmaznak, amely felügyeli a normál működési eljárásokat. A sejtosztódás célja a növekedés és szaporodás. Az evolúció és az adaptáció a DNS nukleotidok egyedülálló párosításából származik. A DNS nélküli sejteknek nem lenne genetikai anyaguk, amelyet továbbítani lehetne.

A messenger ribonukleinsav (mRNS) molekulák a nukleáris DNS és a sejt többi része közötti átjáróként működnek. Ahogy a neve is sugallja, az mRNS lemásolja (átírja) a DNS részeit, és olvasható üzeneteket küld organelláknak, jelezve, hogy mikor kell osztani vagy összeállítani bizonyos típusú fehérjéket. Ha egy sejt elveszítené magját és DNS-ét, a sejt végül meggyengül, és felhívja a figyelmet az immunrendszerben felfaló mikrofágokra.

Az eukarióta sejtek magja tartalmaz DNS-t. Értelemszerűen az eukarióta organizmusok nem jönnének létre DNS nélkül. A mag mellett az eukarióta organizmusok számos típusú organellát tartalmaznak, amelyek jelzéssel teljesítenek:

• A endoplazmatikus retikulum (ER) egy összehajtott membrán, amely a maghoz kapcsolódik. A külső réteget durva ER-nek hívják, mert rögös riboszómák borítják. A fehérjemolekulákat a durva ER és az ER sima belső rétege között rakják össze. A vezikulák az újonnan összeállított fehérjéket a Golgi-készülék további feldolgozás és terjesztés céljából.

• Riboszómák apró, de fontos fehérjeszerkezetek. Ribszómák dekódolják a DNS-ből lemásolt messenger RNS-t, és a megfelelő sorrendben összeállítják az előírt aminosavakat. Miután a nukleolusban kialakult, a riboszómák a citoplazmában lebegnek, vagy a durva endoplazmatikus retikulumhoz kötődnek.
  

• A citoplazma egy félig folyékony folyadék a sejtben, amely megkönnyíti a kémiai reakciókat. A rostos fehérjékből álló citoszkeleton segíti az organellák elhelyezkedését a citoplazmában. A kromatidák a mitózisban kondenzálódnak, és a sejt közepe mentén sorakoznak, majd a mitotikus orsó széthúzza őket, amely a citoplazmában található mikrotubulusokból áll.
  

• Vacuoles olyan tárolótasakok a cellában, amelyek ideiglenesen visszatartják az ételt, vizet és hulladékot. A növények nagy vakuolával rendelkeznek, amely tárolja a vizet, szabályozza a víz nyomását és megerősíti a sejtfalat.
  

• Mitokondria a sejt erőművei általánosan ismertek. Az adenozin-trifoszfát (ATP) energiáját sejtlégzéssel állítják elő. A nagy energiaigényű sejtek nagyszámú mitokondriumot tartalmaznak.
  

A prokarióta sejtek DNS-e egy nukleoid régióban helyezkedik el. A prokarióta DNS-t és az organellumokat nem veszik körül membránok. A fehérjét termelő riboszómák a citoplazma domináns organellei. A baktériumok példát mutatnak a prokarióta életformákra; némelyiknek whiplike flagellumja van, amely érzéki organellum.

A legtöbb DNS a magban található (nukleáris DNS), de kis mennyiségek vannak jelen a mitokondriumokban is (mitokondriális DNS). A nukleáris DNS szabályozza a sejtek anyagcseréjét és továbbadja a genetikai anyagot az egyik osztódó sejtből a másikba. A mitokondriális DNS szintetizálja a fehérjéket, enzimeket állít elő és önmagát replikálja. A prokarióta sejtek tartalmaznak DNS-t is, de nincs maghártya vagy burok.

Egy sejtnek magja van ugyanazon okok miatt, amelyekhez a testnek szívre és agyra van szüksége. A mag irányítja a sejt mindennapi működését. Az organelláknak utasításokra van szükségük a sejtmagból. Mag nélkül a sejt nem tudja megszerezni azt, amire szüksége van a túléléshez és a boldoguláshoz.

A DNS nélküli sejt nem képes arra, hogy az adott feladaton kívül bármi másra képes legyen. Az élő szervezetek a DNS-ben lévő génektől függenek a fehérjék és az enzimek irányításához. Még a primitív életformákban is van DNS vagy RNS. Az emberi test 46 kromoszómáján belül kb 20 500 gén a DNS-ben, amelyek felelősek az emberi szövetben lévő billió sejtért, alapján Genetics Digest.

Minden organizmus egy kis sejtgolyóval indul, amely sokféle sejtre specializálódott, mint például neuronok, fehérvérsejtek és izomsejtek. Kezdetben minden sejtnek szüksége van egy magra, hogy megmondja, mit kell tennie. Az utasítások tartalmazhatnak még programozott halált is. Például a haj, a bőr és a köröm elhalt sejtek, amelyek keratinnal vannak tele.

A reproduktív vagy terápiás klónozás magában foglalja a petesejt sejtmagjának eltávolítását és helyettesítését egy szomatikus donor sejt magjával. Ezután a cellát elektromosan vagy kémiailag beindítják. Gondosan ellenőrzött körülmények között a sejtek növekedni fognak, és új szervekké, szövetekké vagy organizmuszá differenciálódnak, amelyek rendelkeznek a donor DNS-ével.

Az érett vörösvérsejtek, valamint a bőr és a bél hámsejtjei hajlamosak kopásra, sérülésekre és mutációkra a komphajók vagy a környezeti toxinokkal való érintkezés következtében. Nem meglepő, hogy azok a sejtek, amelyek nem rendelkeznek maggal, gyorsabban pusztulnak el, mint más típusú sejtek. Az ilyen sejtekben a sejtmag hiánya védő faktort kínál. Ha ezeknek a sejteknek lenne sejtmagja, akkor a kromoszóma károsodásának esélye nagyobb lenne, és esetleg halálos lehet ha a szervezet megengedi, hogy feloszlasson és átmenjen az életet veszélyeztető mutációkban, betegségeket okozva és daganatok.

DNS nélkül a sejtek nem tudtak szaporodni, ami a faj kihalását jelentené. Normális esetben a mag másolatokat készít a kromoszóma DNS-ből, majd a DNS-szakaszok rekombinálódnak, majd a kromoszómák kétszer osztódnak, négy haploid petesejtet vagy spermasejtet alkotva. A meiózis hibái olyan sejteket eredményezhetnek, amelyekből hiányzik a DNS és az öröklődő betegségek.

Az állati sejtekhez hasonlóan a növényi sejteknek is van membránnal körülzárt magja, amely DNS-t tartalmaz. Ezenkívül a növények tartalmaznak klorofillt, amely megköti a napenergiát a fotoszintézishez és az élelmiszerenergia betakarításához. Viszont a növények táplálékot termelnek az élelmiszer-háló többi részére. A növények oxigénfelszabadítással és a légköri szén-dioxid elnyelésével is javítják a környezetet.

A mag jelenléte lehetővé teszi a növények számára a szaporodást és a populáció stabilitásának fenntartását. Ha a növények nem rendelkeznek a sejt tevékenységét irányító maggal, nem tudnának táplálékot előállítani. Következésképpen a növények kihalnának. Viszont a növényevők veszélybe kerülnének, ha megszüntetnék táplálékforrásukat.

A biológiai sokféleség a fajok túlélésének kulcsa a többsejtű szervezetek számára. A növényfajok nem vándorolhatnak új otthonba, ha az éghajlatváltozás vagy a betegségvektorok hirtelen veszélyeztetik egy adott területen izolált faj túlélését. A meiózisban végzett génrekombináció révén a populációkban genetikai variáció létezik, amely egyes növényeket keményebbé és ellenállóbbá tesz, egyedi genomjuknak köszönhetően. Bár az azonos típusú növények első ránézésre mind egyformának tűnhetnek, jellemzően kicsi, de jelentős különbségek figyelhetők meg a képzett szem számára.

Például két, látszólag azonos, egymás mellett növekvő növénynek egyedi genotípusa miatt az átlagos levélméret, a venáció és a gyökérszerkezet kissé eltérhet. Az ilyen finom különbségek hasznosak vagy károsak lehetnek, ha megváltoznak a környezeti feltételek. Például aszályos időszakokban a növények nagyobb mértékben párolognak a vízzel. Az erősen erezett, kicsi levelű növények jobban megfelelnek a túlélésre és szaporodhatnak például száraz körülmények között.

A vírusok komoly veszélyt jelenthetnek a gazdasejt DNS-ére. A vírus megfertőzi gazdáját úgy, hogy vírus DNS vagy RNS molekulákat injektál egy gazdasejtbe. A vírus DNS arra utasítja a sejtet, hogy a vírusfehérjék másolatait állítsa elő, nem pedig a sejtekét, hogy több vírust hozzon létre, amelyek továbbra is szaporodnak. Végül a sejt felszakadhat és elpusztulhat, és vírusokat terjeszthet, amelyek újra és újra megosztódnak. A gyakori betegségeket, például a bárányhimlőt és az influenzát vírusok okozzák, amelyek nem reagálnak az antibiotikumokra.

A sejt- és molekuláris biológiát tanuló hallgatóknak meg kell érteniük a DNS szerepét és fontosságát a sejtciklus minden fázisában. DNS nélkül az élő szervezetek nem tudtak növekedni. Ezenkívül a növények nem oszthattak mitózissal, az állatok pedig nem cserélhettek géneket meiózison keresztül. A legtöbb sejt egyszerűen nem lenne sejt DNS nélkül.

Minta teszt kérdések:

Ha hiányzik a magja és a DNS, a növényi sejt képtelen lenne melyik a következők közül?

1. Fejezze be a sejtciklust.
2. Növekszik nagyobb.
3. Oszd meg mitózissal.
4. A fentiek mindegyike.

Ha hiányzik a magja és a DNS, akkor egy állati sejt képtelen lenne megtenni melyik a következők közül?

1. Fejezze be a sejtciklust.
2. Növekszik nagyobb.
3. Oszd meg meiózissal.
4. A fentiek mindegyike.