Co by się stało, gdyby komórka nie miała DNA?

Komórka bez DNA ma wiele ograniczeń, które mogą przyspieszyć jej upadek. Komórki potrzebują DNA do wykonywania podstawowych funkcji życiowych, przekazywania materiału genetycznego, składania odpowiednich białek i dostosowywania się do zmiennych warunków środowiskowych. Niektóre wysoce wyspecjalizowane komórki zrzucają swoje jądro, aby skuteczniej wykonywać określone zadania, takie jak przenoszenie hemoglobiny i dwutlenku węgla. Komórki bezjądrzaste, takie jak dojrzałe krwinki czerwone, są bardziej podatne na toksyczność środowiskową i mają stosunkowo krótki okres życia.

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) zawiera instrukcje kodowania genetycznego organizmów żywych. DNA składa się z zasad adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy, które łączą się w pary i łączą wiązaniami wodorowymi. Komplementarna para zasad – jak adenina (A) i tymina (T) – połączona z cząsteczkami cukru i fosforanu nazywana jest nukleotydem. Długie nici nukleotydów tworzą słynną teraz podwójną helisę DNA odkrytą w 1952 roku przez Jamesa Watsona, Francisa Cricka, Rosalind Franklin i Maurice'a Wilkinsa, naukowców z King's College w Londynie.

Komórki eukariotyczne replikują DNA, a następnie dzielą się kopią, gdy komórka dzieli się w procesie mitozy lub mejozy. Mejoza obejmuje dodatkowy etap podczas podziału komórki, w którym fragmenty DNA odrywają się od jednego chromosomu i ponownie dołączają do pasującego chromosomu. Podzielone chromosomy są przyciągane do przeciwległych końców komórki, a otoczki jądrowe tworzą się wokół chromatyny.

Jądro służy jako głównodowodzący, który przekazuje rozkazy jednostkom dowodzenia. DNA znajdujące się w jądrze dostarcza wszystkich instrukcji do kodowania białek potrzebnych organizmowi. Utrata jądra spowodowałaby chaos w komórce. Bez jasnego zestawu instrukcji typowa komórka somatyczna nie miałaby pojęcia, co dalej robić.

Komórki potrzebują również jądra, które pomaga regulować ruch substancji przez błonę komórkową. Cząsteczki poruszają się tam iz powrotem na drodze osmozy, filtracji, dyfuzji i aktywnego transportu. Różne rodzaje pęcherzyków również odgrywają rolę w przenoszeniu substancji do lub z komórki. Bez jądra prowadzącego program komórka może się zapaść lub puchnąć i pęknąć.

Otoczka jądrowa jest strukturą z podwójną błoną, która otacza DNA (chromatynę) wewnątrz jądra. Podczas interfazy jądro dostarcza składników odżywczych i zapewnia optymalne środowisko do duplikacji DNA. Gdy komórka jest gotowa do rozpoczęcia podziału, otoczka jądrowa rozkłada się i uwalnia chromosomy do cytoplazmy. DNA jest chronione i strzeżone w jądrze, ponieważ zawiera cały genom organizmu potrzebny do rozmnażania gatunku.

Czy życie może istnieć bez DNA? Czy wirusy żyją? Czy komórki nowotworowe są żywe? Odpowiedź na te pytania wymaga zrozumienia i zgody co do sensu życia, ale nie w tajemnym, filozoficznym sensie. Według Astrobiolodzy NASA„Życie jest samowystarczalnym systemem chemicznym zdolnym do darwinowskiej ewolucji”. Jednak definicje życia różnią się, co ma wpływ na przykład na klasyfikację wirusów zawierających tylko RNA.

Komórki eukariotyczne zawierają DNA w swoim jądrze, co nadzoruje normalne procedury operacyjne. Celem podziału komórek jest wzrost i rozmnażanie. Ewolucja i adaptacja wynikają z unikalnych par nukleotydów DNA. Komórki bez DNA nie miałyby materiału genetycznego do transmisji.

Cząsteczki posłańca kwasu rybonukleinowego (mRNA) działają jako pośrednik między jądrowym DNA a resztą komórki. Jak sama nazwa wskazuje, mRNA kopiuje (transkrybuje) części DNA i wysyła czytelne komunikaty do organelli, sygnalizując, kiedy należy podzielić lub złożyć określone typy białek. Jeśli komórka utraci jądro i DNA, w końcu osłabi się i przyciągnie uwagę pożerających mikrofagi w układzie odpornościowym.

Komórki eukariotyczne mają jądro zawierające DNA. Z definicji organizmy eukariotyczne nie powstałyby bez DNA. Oprócz jądra organizmy eukariotyczne zawierają wiele rodzajów organelli, które działają na zawołanie:

• retikulum endoplazmatyczne (ER) to złożona błona przymocowana do jądra. Warstwa zewnętrzna nazywana jest szorstką ER, ponieważ jest pokryta wyboistymi rybosomami. Cząsteczki białka są połączone między szorstką ER i gładką wewnętrzną warstwą ER. Pęcherzyki przenoszą nowo złożone białka do Aparat Golgiego do dalszego przetwarzania i dystrybucji.

• Rybosomy są małymi, ale ważnymi strukturami białkowymi. Rybosomy dekodują informacyjne RNA skopiowane z DNA i układają przepisane aminokwasy we właściwej kolejności. Po utworzeniu w jąderku, rybosomy unoszą się w cytoplazmie lub wiążą się z szorstką siateczką endoplazmatyczną.
  

• cytoplazma jest półpłynną cieczą w komórce, która ułatwia reakcje chemiczne. Cytoszkielet – zbudowany z białek włóknistych – pomaga w pozycjonowaniu organelli w cytoplazmie. Chromatydy kondensują w mitozie i ustawiają się wzdłuż środka komórki, zanim zostaną rozerwane przez wrzeciono mitotyczne, które składa się z mikrotubul w cytoplazmie.
  

• Wakuole to woreczki do przechowywania w celi, które tymczasowo zatrzymują żywność, wodę i odpady. Rośliny mają dużą wakuolę, która magazynuje wodę, reguluje ciśnienie wody i wzmacnia ścianę komórkową.
  

• Mitochondria są powszechnie znane jako elektrownia komórki. Energia trójfosforanu adenozyny (ATP) jest wytwarzana poprzez oddychanie komórkowe. Komórki o dużych potrzebach energetycznych zawierają dużą liczbę mitochondriów.
  

DNA komórek prokariotycznych znajduje się w regionie nukleoidowym. Prokariotyczne DNA i organelle nie są otoczone błonami. Rybosomy, które produkują białko, są dominującymi organellami w cytoplazmie. Bakterie stanowią przykład prokariotycznych form życia; niektóre mają biczowate wici, które są organellami czuciowymi.

Większość DNA znajduje się w jądrze (DNA jądrowy), ale niewielkie ilości są również obecne w mitochondriach (DNA mitochondrialnego). Jądrowy DNA reguluje metabolizm komórkowy i przekazuje materiał genetyczny z jednej dzielącej się komórki do drugiej. Mitochondrialny DNA syntetyzuje białka, wytwarza enzymy i sam się replikuje. Komórki prokariotyczne również zawierają DNA, ale nie ma błony jądrowej ani otoczki.

Komórka potrzebuje jądra z tych samych powodów, z których organizm potrzebuje serca i mózgu. Jądro zarządza codziennymi operacjami komórki. Organelle potrzebują instrukcji z jądra. Bez jądra komórka nie może uzyskać tego, czego potrzebuje do przeżycia i rozwoju.

Komórce bez DNA brakuje zdolności do robienia czegokolwiek poza jednym zadanym zadaniem. Organizmy żywe zależą od genów w DNA kierujących białkami i enzymami. Nawet prymitywne formy życia mają DNA lub RNA. W obrębie 46 chromosomów ludzkiego ciała znajduje się około 20 500 genów w DNA, które są odpowiedzialne za biliony komórek w ludzkiej tkance, według Przekrój genetyczny.

Wszystkie organizmy zaczynają się od małej kulki komórek, które specjalizują się w wielu różnych typach komórek, takich jak neurony, białe krwinki i komórki mięśniowe. Na początku wszystkie komórki potrzebują jądra, aby powiedzieć im, co robić. Instrukcje mogą nawet obejmować zaprogramowaną śmierć. Na przykład włosy, skóra i paznokcie to martwe komórki wypełnione keratyną.

Klonowanie reprodukcyjne lub terapeutyczne polega na usunięciu jądra komórki jajowej i zastąpieniu go jądrem somatycznej komórki dawcy. Następnie ogniwo jest uruchamiane elektrycznie lub chemicznie. W dokładnie kontrolowanych warunkach komórki będą rosły i różnicowały się w nowy narząd, tkankę lub organizm posiadający DNA dawcy.

Dojrzałe czerwone krwinki i komórki nabłonkowe skóry i jelit są podatne na zużycie, urazy i mutacje z powodu przemieszczenia odpadów lub kontaktu z toksynami środowiskowymi. Nic dziwnego, że komórki, które nie mają jądra, obumierają szybciej niż inne typy komórek. Brak jądra w takich komórkach stanowi czynnik ochronny. Gdyby te komórki miały jądro, prawdopodobieństwo uszkodzenia chromosomów byłoby większe i prawdopodobnie śmiertelne dla organizm, jeśli pozwolono mu się dzielić i przenosić zagrażające życiu mutacje, powodujące choroby i guzy.

Bez DNA komórki nie mogłyby się rozmnażać, co oznaczałoby wyginięcie gatunku. Normalnie jądro tworzy kopie chromosomalnego DNA, następnie odcinki DNA ulegają rekombinacji, a następnie chromosomy dzielą się dwukrotnie, tworząc cztery haploidalne komórki jajowe lub plemniki. Błędy w mejozie mogą skutkować brakiem DNA i chorobami dziedzicznymi.

Podobnie jak komórki zwierzęce, komórki roślinne mają otoczone błoną jądro zawierające DNA. Ponadto rośliny zawierają chlorofil, który przechwytuje energię słoneczną do wykorzystania w fotosyntezie i zbieraniu energii żywności. Z kolei rośliny produkują żywność dla reszty sieci pokarmowej. Rośliny poprawiają również środowisko poprzez uwalnianie tlenu i zatapianie atmosferycznego dwutlenku węgla.

Obecność jądra umożliwia roślinom reprodukcję i utrzymanie stabilności populacji. Gdyby rośliny nie miały jądra kierującego czynnościami komórki, nie byłyby w stanie wytwarzać pożywienia. W konsekwencji rośliny wymierały. Z kolei roślinożercy byliby w niebezpieczeństwie, gdyby ich źródło pożywienia zostało wyeliminowane.

Bioróżnorodność jest kluczem do przetrwania gatunków dla organizmów wielokomórkowych. Gatunki roślin nie mogą migrować do nowego domu, jeśli zmiany klimatu lub wektory chorób nagle zagrażają przetrwaniu gatunku izolowanego na określonym obszarze. Dzięki rekombinacji genów w mejozie, w populacjach istnieje zmienność genetyczna, która dzięki unikalnemu genomowi sprawia, że ​​niektóre rośliny są bardziej wytrzymałe i odporne. Chociaż na pierwszy rzut oka wszystkie rośliny tego samego typu mogą wyglądać podobnie, są zazwyczaj niewielkie, ale znaczące różnice, które można zaobserwować wprawnym okiem.

Na przykład dwie pozornie identyczne rośliny rosnące obok siebie mogą mieć niewielkie różnice w średniej wielkości liści, żyłkach i strukturze korzeni, ze względu na ich unikalny genotyp. Takie subtelne różnice mogą być pomocne lub szkodliwe, jeśli zmienią się warunki środowiskowe. Na przykład w okresach suszy rośliny mają większe tempo parowania wody. Rośliny o silnie żyłkowatych, małych liściach mogą być na przykład lepiej przystosowane do przetrwania i rozmnażania się w suchych warunkach.

Wirusy mogą stanowić poważne zagrożenie dla DNA komórki gospodarza. Wirus infekuje swojego gospodarza poprzez wstrzyknięcie cząsteczek wirusowego DNA lub RNA do komórki gospodarza. Wirusowe DNA nakazuje komórce wytwarzanie kopii białek wirusowych zamiast własnych, aby stworzyć więcej wirusów, które nadal się replikują. W końcu komórka może pęknąć i umrzeć, rozprzestrzeniając wirusy, które będą się dzielić w kółko. Powszechne choroby, takie jak ospa wietrzna i grypa, są wywoływane przez wirusy, które nie reagują na antybiotyki.

Studenci studiujący biologię komórkową i molekularną muszą dobrze zrozumieć rolę i znaczenie DNA we wszystkich fazach cyklu komórkowego. Bez DNA żywe organizmy nie mogłyby się rozwijać. Ponadto rośliny nie mogły dzielić się przez mitozę, a zwierzęta nie mogły wymieniać genów poprzez mejozę. Większość komórek po prostu nie byłaby komórkami bez DNA.

Przykładowe pytania testowe:

Jeśli brakowało jej jądra i DNA, a komórka roślinna nie byłbym w stanie który z następujących?

1. Zakończ cykl komórkowy.
2. Rozwijaj się.
3. Podziel przez mitozę.
4. Wszystkie powyższe.

Jeśli brakowało jej jądra i DNA, a komórka zwierzęca nie byłbym w stanie zrobić który z następujących?

1. Zakończ cykl komórkowy.
2. Rozwijaj się.
3. Podziel przez mejozę.
4. Wszystkie powyższe.