Wat zou er gebeuren als de cel geen DNA had?

Een cel zonder DNA heeft veel beperkingen die zijn ondergang kunnen bespoedigen. Cellen hebben DNA nodig om essentiële levensfuncties uit te voeren, genetisch materiaal door te geven, de juiste eiwitten samen te stellen en zich aan te passen aan wisselende omgevingscondities. Sommige zeer gespecialiseerde cellen verliezen hun kern om een ​​specifieke taak efficiënter uit te voeren, zoals het vervoeren van hemoglobine en koolstofdioxide. Ankerncellen zoals rijpe rode bloedcellen zijn gevoeliger voor milieutoxiciteit en hebben een relatief korte levensduur.

Deoxyribonucleïnezuur (DNA) bevat de genetische coderingsinstructies van levende organismen. DNA bestaat uit adenine-, cytosine-, guanine- en thyminebasen die paren en verbinden via waterstofbruggen. Een complementair basenpaar - zoals adenine (A) en thymine (T) - gehecht aan suiker- en fosfaatmoleculen wordt een nucleotide genoemd. Lange strengen nucleotiden vormen de nu beroemde dubbele DNA-helix die in 1952 werd ontdekt door James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin en Maurice Wilkins, wetenschappers aan King's College in Londen.

Eukaryotische cellen repliceren DNA en delen vervolgens een kopie wanneer de cel zich deelt via het proces van mitose of meiose. Meiose omvat een extra stap tijdens de celdeling waarbij stukjes DNA van het ene chromosoom afbreken en zich weer hechten aan het overeenkomende chromosoom. Verdeelde chromosomen worden naar tegenovergestelde uiteinden van de cel getrokken en de nucleaire enveloppen hervormen rond het chromatine.

De kern fungeert als de opperbevelhebber die orders doorgeeft aan commando-eenheden. DNA gehuisvest in de kern biedt alle instructies voor het coderen van de eiwitten die het organisme nodig heeft. Het verliezen van de kern zou chaos in de cel veroorzaken. Zonder een duidelijke set instructies zou de typische somatische cel geen idee hebben wat hij vervolgens moet doen.

Cellen hebben ook een kern nodig om de beweging van stoffen door het celmembraan te helpen reguleren. Moleculen bewegen heen en weer door osmose, filtratie, diffusie en actief transport. Verschillende soorten blaasjes spelen ook een rol bij het verplaatsen van stoffen in of uit de cel. Zonder een kern die de show runt, kan een cel instorten of opzwellen en barsten.

De nucleaire envelop is een dubbelmembraanstructuur die DNA (chromatine) in de kern bijeenhoudt. Tijdens de interfase verkrijgt de kern voedingsstoffen en biedt een optimale omgeving voor duplicatie van DNA. Zodra de cel klaar is om te delen, demonteert de nucleaire envelop en laat de chromosomen vrij in het cytoplasma. DNA wordt beschermd en bewaakt in de kern omdat het het volledige genoom van het organisme bevat dat nodig is voor de voortplanting van soorten.

Kan er leven bestaan ​​zonder DNA? Leven virussen? Leven tumorcellen? Het beantwoorden van deze vragen vereist begrip en overeenstemming over de zin van het leven, maar niet in geheimzinnige filosofische zin. Volgens NASA astrobiologen, "Het leven is een zichzelf in stand houdend chemisch systeem dat in staat is tot darwinistische evolutie." De definities van leven verschillen echter, en dat beïnvloedt bijvoorbeeld hoe virussen die alleen RNA bevatten, worden geclassificeerd.

Eukaryotische cellen bevatten DNA in hun kern, dat toezicht houdt op de normale werkprocedures. Het doel van celdeling is om te groeien en zich te vermenigvuldigen. Evolutie en aanpassing zijn het resultaat van unieke paren van DNA-nucleotiden. Cellen zonder DNA zouden geen genetisch materiaal hebben om door te geven.

Boodschapper-ribonucleïnezuur (mRNA)-moleculen fungeren als tussenpersoon voor nucleair DNA en de rest van de cel. Zoals de naam al doet vermoeden, kopieert (transcribeert) mRNA delen van DNA en stuurt het leesbare berichten naar organellen, die aangeven wanneer bepaalde soorten eiwitten moeten worden verdeeld of geassembleerd. Als een cel zijn kern en DNA zou verliezen, zou de cel uiteindelijk verzwakken en de aandacht trekken van verslindende microfagen in het immuunsysteem.

Eukaryotische cellen hebben een kern die DNA bevat. Zonder DNA zouden eukaryote organismen per definitie niet ontstaan. Naast een kern bevatten eukaryote organismen vele soorten organellen die op commando presteren:

• De endoplasmatisch reticulum (ER) is een gevouwen membraan dat aan de kern is bevestigd. De buitenste laag wordt ruw ER genoemd omdat deze bedekt is met hobbelige ribosomen. Eiwitmoleculen worden samengebracht tussen het ruwe ER en de gladde binnenlaag van het ER. Blaasjes verplaatsen de nieuw samengestelde eiwitten naar de Golgi-apparaat voor verdere verwerking en distributie.

• ribosomen zijn kleine maar belangrijke eiwitstructuren. Ribsomen decoderen het uit het DNA gekopieerde boodschapper-RNA en stellen de voorgeschreven aminozuren in de juiste volgorde samen. Nadat ze in de nucleolus zijn gevormd, drijven ribosomen rond in het cytoplasma of binden ze aan het ruwe endoplasmatisch reticulum.
  

• De cytoplasma is een halfvloeibare vloeistof in de cel die chemische reacties mogelijk maakt. Het cytoskelet - gemaakt van vezelachtige eiwitten - helpt organellen in het cytoplasma te positioneren. Chromatiden condenseren in mitose en vormen een lijn langs het midden van de cel voordat ze uit elkaar worden getrokken door de mitotische spoel, die bestaat uit microtubuli in het cytoplasma.
  

• Vacuolen zijn opbergzakjes in de cel die voedsel, water en afval tijdelijk vasthouden. Planten hebben een grote vacuole die water opslaat, de waterdruk regelt en de celwand verstevigt.
  

• mitochondriën zijn algemeen bekend als de energiecentrale van de cel. Adenosinetrifosfaat (ATP) energie wordt geproduceerd door cellulaire ademhaling. Cellen met een hoge energiebehoefte bevatten grote aantallen mitochondriën.
  

Het DNA van prokaryotische cellen bevindt zich in een nucleoïde gebied. Prokaryotisch DNA en organellen zijn niet omgeven door membranen. Ribosomen die eiwitten produceren, zijn het overheersende organel in het cytoplasma. Bacteriën zijn voorbeelden van prokaryotische levensvormen; sommige hebben zweepachtige flagellum die zintuiglijke organellen zijn.

Het meeste DNA bevindt zich in de kern (nucleair DNA), maar kleine hoeveelheden zijn ook aanwezig in de mitochondriën (mitochondriaal DNA). Nucleair DNA regelt het celmetabolisme en draagt ​​genetisch materiaal over van de ene delende cel naar de andere. Mitochondriaal DNA synthetiseert eiwitten, maakt enzymen en repliceert zichzelf. Prokaryote cellen bevatten ook DNA, maar er is geen kernmembraan of envelop.

Een cel heeft om dezelfde redenen een kern nodig als een lichaam een ​​hart en een brein nodig heeft. De kern regelt de dagelijkse activiteiten van de cel. Organellen hebben instructies nodig van de kern. Zonder een kern kan de cel niet krijgen wat hij nodig heeft om te overleven en te gedijen.

Een cel zonder DNA mist het vermogen om veel van iets anders te doen dan zijn ene bepaalde taak. Levende organismen zijn afhankelijk van genen in het DNA om eiwitten en enzymen te sturen. Zelfs primitieve levensvormen hebben DNA of RNA. Binnen de 46 chromosomen van het menselijk lichaam zijn er ongeveer 20.500 genen in DNA die verantwoordelijk zijn voor de biljoenen cellen in menselijk weefsel, volgens Genetica Digest.

Alle organismen beginnen met een klein bolletje cellen dat zich specialiseert in veel verschillende soorten cellen zoals neuronen, witte bloedcellen en spiercellen. In het begin hebben alle cellen een kern nodig om te vertellen wat ze moeten doen. Instructies kunnen zelfs geprogrammeerde dood bevatten. Haar, huid en nagels zijn bijvoorbeeld dode cellen gevuld met keratine.

Bij reproductief of therapeutisch klonen wordt de kern van een eicel verwijderd en vervangen door de kern van een somatische donorcel. Vervolgens wordt de cel elektrisch of chemisch gestart. Onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden zullen de cellen groeien en differentiëren tot een nieuw orgaan, weefsel of organisme dat het DNA van de donor bezit.

Rijpe rode bloedcellen en epitheelcellen van de huid en darmen zijn vatbaar voor slijtage, verwonding en mutatie als gevolg van het vervoer van afvalstoffen of het in contact komen met giftige stoffen uit het milieu. Het is niet verrassend dat cellen die geen kern hebben sneller afsterven dan andere soorten cellen. De afwezigheid van een kern in dergelijke cellen biedt een beschermende factor. Als deze cellen een kern hadden, zou de kans op chromosomale schade groter zijn en mogelijk fataal zijn het organisme indien toegestaan ​​zich te delen en levensbedreigende mutaties door te geven, waardoor ziekten en tumoren.

Zonder DNA zouden cellen zich niet kunnen voortplanten, wat zou betekenen dat de soort uitsterft. Normaal gesproken maakt de kern kopieën van chromosomaal DNA, dan recombineren DNA-segmenten, en vervolgens delen de chromosomen zich twee keer, waardoor vier haploïde ei- of zaadcellen worden gevormd. Fouten in meiose kunnen resulteren in cellen met ontbrekend DNA en erfelijke ziekten.

Net als dierlijke cellen hebben plantencellen een door een membraan omsloten kern die DNA bevat. Bovendien bevatten planten chlorofyl, dat zonne-energie opvangt voor gebruik bij fotosynthese en het oogsten van voedselenergie. Op hun beurt produceren planten voedsel voor de rest van het voedselweb. Planten verbeteren ook het milieu door zuurstof af te geven en atmosferische koolstofdioxide te laten zinken.

De aanwezigheid van een kern stelt planten in staat zich voort te planten en de populatiestabiliteit te behouden. Als planten geen kern zouden hebben die de activiteiten van de cel stuurt, zouden ze geen voedsel kunnen produceren. Daardoor zouden planten uitsterven. Op hun beurt zouden herbivoren in gevaar komen als hun voedselbron zou worden geëlimineerd.

Biodiversiteit is de sleutel tot het overleven van soorten voor meercellige organismen. Plantensoorten kunnen niet naar een nieuwe woonplaats migreren als klimaatveranderingen of ziektevectoren plotseling het voortbestaan ​​van een in een bepaald gebied geïsoleerde soort bedreigen. Door gen-recombinatie in meiose bestaat er genetische variatie binnen populaties die bepaalde planten sterker en resistenter maakt, dankzij hun unieke genoom. Hoewel planten van hetzelfde type er op het eerste gezicht allemaal hetzelfde uit kunnen zien, zijn er meestal kleine maar significante verschillen waarneembaar voor het getrainde oog.

Twee schijnbaar identieke planten die naast elkaar groeien, kunnen bijvoorbeeld kleine variaties hebben in gemiddelde bladgrootte, nerven en wortelstructuur vanwege hun unieke genotype. Dergelijke subtiele verschillen kunnen nuttig of schadelijk zijn als de omgevingsomstandigheden veranderen. Tijdens perioden van droogte hebben planten bijvoorbeeld te maken met hogere waterverdamping. Planten met sterk geaderde, kleine bladeren zijn bijvoorbeeld beter geschikt om te overleven en zich voort te planten in droge omstandigheden.

Virussen kunnen een ernstige bedreiging vormen voor het DNA van de gastheercel. Een virus infecteert zijn gastheer door moleculen van viraal DNA of RNA in een gastheercel te injecteren. Viraal DNA geeft de cel de opdracht om kopieën van virale eiwitten te produceren in plaats van die van de cel zelf, om meer virussen te creëren die zich blijven vermenigvuldigen. Uiteindelijk kan de cel barsten en afsterven, waardoor virussen worden verspreid die zich steeds opnieuw zullen delen. Veelvoorkomende ziekten zoals waterpokken en griep worden veroorzaakt door virussen, die niet reageren op antibiotica.

Studenten die cellulaire en moleculaire biologie bestuderen, moeten de rol en het belang van DNA in alle fasen van de celcyclus goed begrijpen. Zonder DNA zouden levende organismen niet kunnen groeien. Verder konden planten zich niet delen door mitose en konden dieren geen genen uitwisselen via meiose. De meeste cellen zouden gewoon geen cellen zijn zonder DNA.

Voorbeeld testvragen:

Als de kern en het DNA ontbraken, a plantencel zou niet in staat zijn welke van de volgende?

1. Voltooi de celcyclus.
2. Groei groter.
3. Verdeel door mitose.
4. Alle bovenstaande.

Als de kern en het DNA ontbraken, zou een dierlijke cel niet zou kunnen doen welke van de volgende?

1. Voltooi de celcyclus.
2. Groei groter.
3. Delen door meiose.
4. Alle bovenstaande.