Kas notiktu, ja šūnai nebūtu DNS?

Šūnai bez DNS ir daudz ierobežojumu, kas var paātrināt tās bojāeju. Šūnām ir nepieciešama DNS, lai veiktu būtiskas dzīves funkcijas, pārnestu ģenētisko materiālu, savāktu pareizos proteīnus un pielāgotos mainīgajiem vides apstākļiem. Dažas augsti specializētas šūnas izlej savu kodolu, lai efektīvāk veiktu noteiktu uzdevumu, piemēram, hemoglobīna un oglekļa dioksīda pārvadāšanu. Anukleētas šūnas, piemēram, nobriedušas sarkanās asins šūnas, ir vairāk pakļautas toksiskumam videi un to dzīves ilgums ir salīdzinoši īss.

Dezoksiribonukleīnskābe (DNS) satur dzīvo organismu ģenētiskās kodēšanas instrukcijas. DNS sastāv no adenīna, citozīna, guanīna un timīna bāzēm, kas savienojas pārī un savienojas caur ūdeņraža saitēm. Komplementāru bāzes pāri, piemēram, adenīnu (A) un timīnu (T), kas piesaistīts cukura un fosfāta molekulām, sauc par nukleotīdu. Garie nukleotīdu pavedieni veido tagad slaveno dubulto DNS spirāli, ko 1952. gadā atklāja Londonas Karaļa koledžas zinātnieki Džeimss Vatsons, Frensiss Kriks, Rosalinda Franklina un Moriss Vilkinss.

Eikariotu šūnas replicē DNS un pēc tam dalās ar kopiju, kad šūna sadalās mitozes vai mejozes procesā. Mejoze ietver papildu soli šūnu dalīšanās laikā, kad DNS fragmenti atdalās no vienas hromosomas un atkal piestiprinās pie atbilstošās hromosomas. Sadalītās hromosomas tiek ievilktas pretējos šūnas galos, un kodola apvalki reformējas ap hromatīnu.

Kodols kalpo kā virspavēlnieks, kurš iet pa pavēlēm vienībām. Kodolā ievietotā DNS sniedz visas instrukcijas organismam nepieciešamo olbaltumvielu kodēšanai. Zaudējot kodolu, šūnā varētu rasties haoss. Bez skaidras instrukciju kopas tipiskajai somatiskajai šūnai nebūtu ne jausmas, ko darīt tālāk.

Šūnām ir nepieciešams arī kodols, kas palīdz regulēt vielu kustību pa šūnu membrānu. Molekulas pārvietojas uz priekšu un atpakaļ ar osmozi, filtrēšanu, difūziju un aktīvu transportu. Dažādi pūslīšu veidi arī spēlē lomu vielu pārvietošanā šūnā vai no tās. Bez kodola, kas vada izrādi, šūna var sabrukt vai uzbriest un pārsprāgt.

Kodola apvalks ir dubultmembrānas struktūra, kas koriģē DNS (hromatīnu) kodola iekšienē. Starpfāzes laikā kodols iegūst barības vielas un nodrošina optimālu vidi DNS dublēšanai. Kad šūna ir gatava sākt dalīšanos, kodola apvalks izjaucas un atbrīvo hromosomas citoplazmā. DNS kodolā ir aizsargāta un apsargāta, jo tā satur visu organisma genomu, kas nepieciešams sugu pavairošanai.

Vai dzīve var pastāvēt bez DNS? Vai dzīvo vīrusi? Vai audzēja šūnas ir dzīvas? Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, nepieciešama izpratne par dzīves jēgu un jāvienojas par to, taču ne arkā filozofiskā nozīmē. Pēc NASA astrobiologi, "Dzīve ir pašpietiekama ķīmiskā sistēma, kas spēj veikt Darvina evolūciju." Tomēr dzīves definīcijas atšķiras, un tas ietekmē to, kā, piemēram, tiek klasificēti vīrusi, kas satur tikai RNS.

Eikariotu šūnu kodolā ir DNS, kas pārrauga normālas darbības procedūras. Šūnu dalīšanās mērķis ir augt un vairoties. Evolūcija un adaptācija rodas unikālu DNS nukleotīdu pāru dēļ. Šūnām bez DNS nebūtu pārnēsājama ģenētiskā materiāla.

Messenger ribonukleīnskābes (mRNS) molekulas darbojas kā starpsavienojums kodola DNS un pārējai šūnai. Kā norāda nosaukums, mRNS kopē (pārraksta) DNS daļas un nosūta salasāmus ziņojumus organoīdiem, norādot, kad sadalīt vai savākt noteiktu veidu olbaltumvielas. Ja šūna zaudētu kodolu un DNS, šūna galu galā novājinātu un pievērstu uzmanību imūnsistēmas aprijošajiem mikrofāgiem.

Eikariotu šūnās ir kodols, kas satur DNS. Pēc definīcijas eikariotu organismi nevarētu pastāvēt bez DNS. Papildus kodolam eikariotu organismi satur daudzu veidu organellus, kas darbojas ar norādēm:

• The Endoplazmatiskais tīkls (ER) ir salocīta membrāna, kas piestiprināta kodolam. Ārējo slāni sauc par aptuvenu ER, jo tas ir pārklāts ar bedrainajām ribosomām. Olbaltumvielu molekulas tiek saliktas starp aptuveno ER un gludo ER iekšējo slāni. Pūslīši pārvieto jaunizveidotos proteīnus uz Golgi aparāts tālākai apstrādei un izplatīšanai.

• Ribosomas ir niecīgas, bet svarīgas olbaltumvielu struktūras. Ribsomas atšifrē no DNS nokopēto kurjera RNS un pareizajā secībā saliek parakstītās aminoskābes. Pēc veidošanās kodolā ribosomas peld citoplazmā vai saistās ar raupju endoplazmas retikulumu.
  

• The citoplazma ir pusšķidrs šķidrums šūnā, kas atvieglo ķīmiskās reakcijas. Citroskelets - izgatavots no šķiedru olbaltumvielām - palīdz pozicionēt organoīdus citoplazmā. Hromatīdi kondensējas mitozē un sakrīt gar šūnas vidu, pirms tos izvelk mitotiskā vārpsta, kas sastāv no citoplazmā esošām mikrotubulām.
  

• Vacuoles ir uzglabāšanas maisiņi kamerā, kas īslaicīgi aiztur pārtiku, ūdeni un atkritumus. Augiem ir liela vakuola, kas uzglabā ūdeni, regulē ūdens spiedienu un pastiprina šūnu sienu.
  

• Mitohondrija ir plaši pazīstami kā šūnas spēkstacija. Adenozīna trifosfāta (ATP) enerģija tiek ražota, izmantojot šūnu elpošanu. Šūnas ar lielu enerģijas nepieciešamību satur lielu daudzumu mitohondriju.
  

Prokariotu šūnu DNS atrodas nukleoīdu reģionā. Prokariotu DNS un organoīdus neapņem membrānas. Citoplazmā dominējošā organelle ir ribosomas, kas ražo olbaltumvielas. Baktērijas ir prokariotu dzīves formu paraugs; dažiem ir whiplike flagellum, kas ir maņu organelli.

Lielākā daļa DNS atrodas kodolā (kodola DNS), bet nelieli daudzumi ir arī mitohondrijos (mitohondriju DNS). Kodola DNS regulē šūnu metabolismu un pārraida ģenētisko materiālu no vienas dalošās šūnas uz nākamo. Mitohondriju DNS sintezē olbaltumvielas, ražo enzīmus un atkārtojas. Prokariotu šūnas satur arī DNS, bet nav kodola membrānas vai apvalka.

Šūnai ir vajadzīgs kodols tādu pašu iemeslu dēļ, kādēļ ķermenim ir nepieciešama sirds un smadzenes. Kodols pārvalda šūnas ikdienas darbības. Organellām nepieciešamas kodola instrukcijas. Bez kodola šūna nevar iegūt nepieciešamo, lai izdzīvotu un uzplauktu.

Šūnai bez DNS trūkst spējas darīt daudz ko citu, izņemot tās uzdevumu. Dzīvie organismi ir atkarīgi no DNS gēniem, lai vadītu olbaltumvielas un fermentus. Pat primitīvām dzīvības formām ir DNS vai RNS. Cilvēka ķermeņa 46 hromosomās ir aptuveni 20 500 gēnu DNS, kas ir atbildīgi par triljoniem šūnu cilvēka audos, saskaņā ar Genetics Digest.

Visi organismi sākas ar nelielu šūnu kamolu, kas specializējas daudzos dažādu veidu šūnās, piemēram, neironos, baltajās asins šūnās un muskuļu šūnās. Sākumā visām šūnām ir vajadzīgs kodols, lai pateiktu, kas jādara. Norādījumi var ietvert pat ieprogrammētu nāvi. Piemēram, mati, āda un nagi ir mirušas šūnas, kas piepildītas ar keratīnu.

Reproduktīvā vai terapeitiskā klonēšana ietver olšūnas kodola noņemšanu un aizstāšanu ar somatiskās donora šūnas kodolu. Tad šūna tiek elektriski vai ķīmiski uzsākta. Rūpīgi kontrolētos apstākļos šūnas pieaugs un diferencēsies par jaunu orgānu, audiem vai organismiem, kuriem ir donora DNS.

Nobriedušas sarkanas asins šūnas un ādas un zarnu epitēlija šūnas ir pakļautas nodilumam, ievainojumiem un mutācijām prāmju atkritumu dēļ vai nonākot saskarē ar vides toksīniem. Nav pārsteidzoši, ka šūnas, kurām nav kodola, mirst ātrāk nekā cita veida šūnas. Kodola neesamība šādās šūnās piedāvā aizsargfaktoru. Ja šīm šūnām būtu kodols, hromosomu bojājumu iespējamība būtu lielāka un, iespējams, letāla organismu, ja tam atļauts sadalīties un iziet gar dzīvībai bīstamām mutācijām, izraisot slimības un audzēji.

Bez DNS šūnas nevarēja vairoties, kas nozīmētu sugas izmiršanu. Parasti kodols veido hromosomu DNS kopijas, pēc tam DNS segmenti rekombinējas, un pēc tam hromosomas dalās divreiz, veidojot četras haploīdas olšūnas vai spermas šūnas. Kļūdas mejozē var izraisīt šūnas ar trūkstošu DNS un iedzimtu slimību.

Tāpat kā dzīvnieku šūnām, arī augu šūnām ir ar membrānu noslēgts kodols, kas satur DNS. Turklāt augi satur hlorofilu, kas uztver saules enerģiju izmantošanai fotosintēzē un pārtikas enerģijas novākšanā. Savukārt augi ražo pārtiku pārējai pārtikas daļai. Augi arī uzlabo vidi, atbrīvojot skābekli un nogremdējot atmosfērā esošo oglekļa dioksīdu.

Kodola klātbūtne ļauj augiem vairoties un uzturēt populācijas stabilitāti. Ja augiem nebūtu kodola, kas vada šūnas darbību, viņi nevarētu ražot pārtiku. Līdz ar to augi izmirtu. Savukārt zālēdāji būtu apdraudēti, ja viņu pārtikas avots tiktu likvidēts.

Bioloģiskā daudzveidība ir daudzšūnu organismu sugu izdzīvošanas atslēga. Augu sugas nevar migrēt uz jaunu mājvietu, ja klimata izmaiņas vai slimību pārnēsātāji pēkšņi apdraud konkrētā apgabalā izolētas sugas izdzīvošanu. Izmantojot gēnu rekombināciju mejozē, populācijās pastāv ģenētiskas variācijas, kas padara dažus augus izturīgākus un izturīgākus, pateicoties to unikālajam genomam. Lai gan viena veida augi no pirmā acu uzmetiena visi var izskatīties vienādi, parasti apmācītai acij ir novērojamas nelielas, bet būtiskas atšķirības.

Piemēram, diviem šķietami identiskiem augiem, kas aug blakus, to unikālā genotipa dēļ var būt nelielas vidējā lapu lieluma, venācijas un sakņu struktūras izmaiņas. Šādas smalkas atšķirības var būt noderīgas vai kaitīgas, ja mainās vides apstākļi. Piemēram, sausuma periodos augiem ir augstāks ūdens iztvaikošanas līmenis. Augi ar stipri savītām, mazām lapām var būt labāk piemēroti, lai izdzīvotu un vairotos, piemēram, sausos apstākļos.

Vīrusi var nopietni apdraudēt saimniekšūnas DNS. Vīruss inficē savu saimnieku, injicējot vīrusa DNS vai RNS molekulas saimniekšūnā. Vīrusu DNS pavēl šūnai ražot vīrusu olbaltumvielu kopijas, nevis šūnas pašas, lai radītu vairāk vīrusu, kas turpina atkārtoties. Galu galā šūna var pārsprāgt un mirt, izplatot vīrusus, kas sadalīsies vēl un vēl. Biežas slimības, piemēram, vējbakas un gripu, izraisa vīrusi, kas nereaģē uz antibiotikām.

Studentiem, kuri studē šūnu un molekulāro bioloģiju, ir stingri jāapzinās DNS loma un nozīme visās šūnu cikla fāzēs. Bez DNS dzīvie organismi nevarētu izaugt. Turklāt augi nevarēja dalīties ar mitozi, un dzīvnieki nevarēja apmainīties ar gēniem, izmantojot mejozi. Lielākā daļa šūnu vienkārši nebūtu šūnas bez DNS.

Pārbaudes jautājumu paraugs:

Ja trūkst tā kodola un DNS, a augu šūna nespētu kas no šiem?

1. Pabeidziet šūnu ciklu.
2. Augt lielāks.
3. Daliet ar mitozi.
4. Viss iepriekš minētais.

Ja trūkst tā kodola un DNS, an dzīvnieku šūna nespētu izdarīt kas no šiem?

1. Pabeidziet šūnu ciklu.
2. Augt lielāks.
3. Daliet ar mejozi.
4. Viss iepriekš minētais.