Cosa accadrebbe se la cellula non avesse DNA?

Una cellula senza DNA ha molte limitazioni che possono accelerarne la scomparsa. Le cellule richiedono il DNA per svolgere funzioni vitali essenziali, trasmettere materiale genetico, assemblare le proteine ​​giuste e adattarsi alle fluttuanti condizioni ambientali. Alcune cellule altamente specializzate perdono il loro nucleo per svolgere in modo più efficiente un compito specifico come trasportare emoglobina e anidride carbonica. Le cellule anucleate come i globuli rossi maturi sono più suscettibili alla tossicità ambientale e hanno una durata di vita relativamente breve.

L'acido desossiribonucleico (DNA) contiene le istruzioni di codifica genetica degli organismi viventi. Il DNA è composto da basi adenina, citosina, guanina e timina che si accoppiano e si connettono attraverso legami idrogeno. Una coppia di basi complementari – come l'adenina (A) e la timina (T) – attaccata alle molecole di zucchero e fosfato è chiamata nucleotide. Lunghi filamenti di nucleotidi formano l'ormai famosa doppia elica del DNA scoperta nel 1952 da James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, scienziati del King's College di Londra.

Le cellule eucariotiche replicano il DNA e quindi condividono una copia quando la cellula si divide attraverso il processo di mitosi o meiosi. La meiosi include un passaggio aggiuntivo durante la divisione cellulare in cui frammenti di DNA si staccano da un cromosoma e si riattaccano al cromosoma corrispondente. I cromosomi divisi vengono tirati alle estremità opposte della cellula e gli involucri nucleari si riformano attorno alla cromatina.

Il nucleo funge da comandante in capo che trasmette gli ordini alle unità di comando. Il DNA alloggiato nel nucleo fornisce tutte le istruzioni per codificare le proteine ​​necessarie all'organismo. Perdere il nucleo causerebbe caos all'interno della cellula. Senza una chiara serie di istruzioni, la tipica cellula somatica non avrebbe idea di cosa fare dopo.

Le cellule hanno anche bisogno di un nucleo per aiutare a regolare il movimento delle sostanze attraverso la membrana cellulare. Le molecole si muovono avanti e indietro per osmosi, filtrazione, diffusione e trasporto attivo. Diversi tipi di vescicole svolgono anche un ruolo nello spostamento di sostanze all'interno o all'esterno della cellula. Senza un nucleo che gestisce lo spettacolo, una cellula potrebbe collassare o gonfiarsi e esplodere.

L'involucro nucleare è una struttura a doppia membrana che racchiude il DNA (cromatina) all'interno del nucleo. Durante l'interfase, il nucleo si procura i nutrienti e fornisce un ambiente ottimale per la duplicazione del DNA. Una volta che la cellula è pronta per iniziare a dividersi, l'involucro nucleare si smonta e rilascia i cromosomi nel citoplasma. Il DNA è protetto e custodito nel nucleo perché contiene l'intero genoma dell'organismo necessario per la propagazione delle specie.

Può esistere la vita senza DNA? I virus vivono? Le cellule tumorali sono vive? Rispondere a queste domande richiede comprensione e accordo sul significato della vita, ma non in un senso filosofico arcano. Secondo Astrobiologi della NASA, "La vita è un sistema chimico autosufficiente capace di evoluzione darwiniana". Tuttavia, le definizioni di vita differiscono e ciò influisce, ad esempio, sul modo in cui vengono classificati i virus contenenti solo RNA.

Le cellule eucariotiche contengono DNA nel loro nucleo, che sovrintende alle normali procedure operative. Lo scopo della divisione cellulare è crescere e moltiplicarsi. L'evoluzione e l'adattamento derivano da accoppiamenti unici di nucleotidi del DNA. Le cellule senza DNA non avrebbero materiale genetico da trasmettere.

Le molecole di acido ribonucleico messaggero (mRNA) fungono da tramite tra il DNA nucleare e il resto della cellula. Come suggerisce il nome, l'mRNA copia (trascrive) parti di DNA e invia messaggi leggibili agli organelli, segnalando quando dividere o assemblare determinati tipi di proteine. Se una cellula perdesse il suo nucleo e il suo DNA, alla fine la cellula si indebolirebbe e attirerebbe l'attenzione dei microfagi divoratori del sistema immunitario.

Le cellule eucariotiche hanno un nucleo che contiene DNA. Per definizione, gli organismi eucarioti non esisterebbero senza il DNA. Oltre a un nucleo, gli organismi eucarioti contengono molti tipi di organelli che si comportano a comando:

• Il reticolo endoplasmatico (ER) è una membrana piegata attaccata al nucleo. Lo strato esterno è chiamato ER ruvido perché è ricoperto da ribosomi irregolari. Le molecole proteiche sono messe insieme tra l'ER ruvido e lo strato interno liscio dell'ER. Le vescicole spostano le proteine ​​appena assemblate nel to Apparato del Golgi per ulteriore elaborazione e distribuzione.

• ribosomi sono strutture proteiche minuscole ma importanti. I ribsomi decodificano l'RNA messaggero copiato dal DNA e mettono insieme gli amminoacidi prescritti nell'ordine corretto. Dopo essersi formati nel nucleolo, i ribosomi fluttuano nel citoplasma o si legano al reticolo endoplasmatico ruvido.
  

• Il citoplasma è un liquido semifluido all'interno della cellula che facilita le reazioni chimiche. Il citoscheletro, costituito da proteine ​​fibrose, aiuta a posizionare gli organelli nel citoplasma. I cromatidi si condensano nella mitosi e si allineano lungo il centro della cellula prima di essere separati dal fuso mitotico, che consiste di microtubuli nel citoplasma.
  

• vacuoli sono sacchetti di stoccaggio nella cella che trattengono temporaneamente cibo, acqua e rifiuti. Le piante hanno un grande vacuolo che immagazzina l'acqua, regola la pressione dell'acqua e rinforza la parete cellulare.
  

• Mitocondri sono comunemente noti come la centrale elettrica della cellula. L'energia dell'adenosina trifosfato (ATP) viene prodotta attraverso la respirazione cellulare. Le cellule con un elevato fabbisogno energetico contengono un gran numero di mitocondri.
  

Il DNA delle cellule procariotiche si trova in una regione nucleoide. Il DNA e gli organelli procarioti non sono circondati da membrane. I ribosomi che producono proteine ​​sono gli organelli predominanti nel citoplasma. I batteri esemplificano forme di vita procariotiche; alcuni hanno flagelli a forma di frusta che sono organelli sensoriali.

La maggior parte del DNA si trova nel nucleo (DNA nucleare), ma piccole quantità sono presenti anche nei mitocondri (DNA mitocondriale). Il DNA nucleare regola il metabolismo cellulare e trasmette il materiale genetico da una cellula in divisione all'altra. Il DNA mitocondriale sintetizza proteine, produce enzimi e si replica. Le cellule procariotiche contengono anche DNA, ma non c'è membrana nucleare o involucro.

Una cellula richiede un nucleo per alcune delle stesse ragioni per cui un corpo ha bisogno di un cuore e di un cervello. Il nucleo gestisce le operazioni quotidiane della cellula. Gli organelli hanno bisogno di istruzioni dal nucleo. Senza un nucleo, la cellula non può ottenere ciò di cui ha bisogno per sopravvivere e prosperare.

Una cellula senza DNA non ha la capacità di fare molto altro che il suo unico compito. Gli organismi viventi dipendono dai geni nel DNA per guidare proteine ​​ed enzimi. Anche le forme di vita primitive hanno DNA o RNA. All'interno dei 46 cromosomi del corpo umano, ci sono circa 20.500 geni nel DNA responsabili dei trilioni di cellule nei tessuti umani, secondo Genetica digest.

Tutti gli organismi iniziano con una pallina di cellule specializzate in molti diversi tipi di cellule come neuroni, globuli bianchi e cellule muscolari. All'inizio, tutte le cellule hanno bisogno di un nucleo per dirgli cosa fare. Le istruzioni possono anche includere la morte programmata. Ad esempio, capelli, pelle e unghie sono cellule morte piene di cheratina.

La clonazione riproduttiva o terapeutica comporta la rimozione del nucleo di una cellula uovo e la sua sostituzione con il nucleo di una cellula donatrice somatica. Quindi la cella viene avviata elettricamente o chimicamente. In condizioni attentamente controllate, le cellule cresceranno e si differenzieranno in un nuovo organo, tessuto o organismo che possiede il DNA del donatore.

I globuli rossi maturi e le cellule epiteliali della pelle e dell'intestino sono soggetti a usura, lesioni e mutazioni a causa del trasporto di rifiuti o del contatto con le tossine ambientali. Non sorprende che le cellule che non hanno un nucleo muoiano più velocemente di altri tipi di cellule. L'assenza di un nucleo in tali cellule offre un fattore protettivo. Se queste cellule avessero un nucleo, le probabilità di danno cromosomico sarebbero più alte e forse fatali per l'organismo se lasciato dividersi e trasmettere mutazioni pericolose per la vita, causando malattie e tumori.

Senza il DNA, le cellule non potrebbero riprodursi, il che significherebbe l'estinzione della specie. Normalmente, il nucleo crea copie di DNA cromosomico, quindi segmenti di DNA si ricombinano e successivamente i cromosomi si dividono due volte, formando quattro ovuli aploidi o cellule spermatiche. Errori nella meiosi possono provocare cellule con DNA mancante e malattie ereditarie.

Come le cellule animali, le cellule vegetali hanno un nucleo racchiuso da una membrana contenente DNA. Inoltre, le piante contengono clorofilla, che cattura l'energia solare per l'uso nella fotosintesi e per la raccolta dell'energia alimentare. A loro volta, le piante producono cibo per il resto della rete alimentare. Le piante migliorano anche l'ambiente rilasciando ossigeno e facendo affondare l'anidride carbonica nell'atmosfera.

La presenza di un nucleo consente alle piante di riprodursi e di mantenere la stabilità della popolazione. Se le piante non avessero un nucleo che dirige le attività della cellula, non sarebbero in grado di produrre cibo. Di conseguenza, le piante si estinguerebbero. A loro volta, gli erbivori sarebbero in pericolo se la loro fonte di cibo fosse eliminata.

La biodiversità è la chiave per la sopravvivenza delle specie per gli organismi multicellulari. Le specie vegetali non possono migrare verso una nuova casa se i cambiamenti climatici oi vettori di malattie minacciano improvvisamente la sopravvivenza di una specie isolata in una particolare area. Attraverso la ricombinazione genica nella meiosi, esiste una variazione genetica all'interno delle popolazioni che rende alcune piante più resistenti e resistenti, grazie al loro genoma unico. Sebbene le piante dello stesso tipo possano sembrare tutte uguali a prima vista, ci sono in genere piccole ma significative differenze osservabili all'occhio allenato.

Ad esempio, due piante apparentemente identiche che crescono fianco a fianco possono avere lievi variazioni nella dimensione media delle foglie, nella venatura e nella struttura delle radici a causa del loro genotipo unico. Tali sottili differenze possono essere utili o dannose se le condizioni ambientali cambiano. Ad esempio, durante i periodi di siccità, le piante affrontano tassi più elevati di evaporazione dell'acqua. Le piante con foglie piccole e fortemente venate possono essere più adatte a sopravvivere e riprodursi in condizioni aride, per esempio.

I virus possono rappresentare una seria minaccia per il DNA della cellula ospite. Un virus infetta il suo ospite iniettando molecole di DNA virale o RNA in una cellula ospite. Il DNA virale comanda alla cellula di produrre copie di proteine ​​virali piuttosto che proprie della cellula, per creare più virus che continuano a replicarsi. Alla fine, la cellula può esplodere e morire, diffondendo virus che si divideranno più e più volte. Malattie comuni come la varicella e l'influenza sono causate da virus, che non rispondono agli antibiotici.

Gli studenti che studiano biologia cellulare e molecolare devono avere una solida conoscenza del ruolo e dell'importanza del DNA in tutte le fasi del ciclo cellulare. Senza DNA, gli organismi viventi non potrebbero crescere. Inoltre, le piante non potevano dividersi per mitosi e gli animali non potevano scambiare geni attraverso la meiosi. La maggior parte delle cellule semplicemente non sarebbero cellule senza DNA.

Domande di prova di esempio:

Se il suo nucleo e il suo DNA mancassero, a cellula vegetale non sarebbe in grado di quale dei seguenti?

1. Completa il ciclo cellulare.
2. Diventa più grande.
3. Dividi per mitosi.
4. Tutti i precedenti.

Se mancassero il suo nucleo e il suo DNA, an cellula animale non sarebbe in grado di fare quale dei seguenti?

1. Completa il ciclo cellulare.
2. Diventa più grande.
3. Dividere per meiosi.
4. Tutti i precedenti.