Что бы произошло, если бы в клетке не было ДНК?

Клетка без ДНК имеет множество ограничений, которые могут ускорить ее гибель. Клеткам требуется ДНК для выполнения основных жизненных функций, передачи генетического материала, сборки правильных белков и адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды. Некоторые узкоспециализированные клетки сбрасывают свое ядро, чтобы более эффективно выполнять конкретную задачу, такую ​​как перенос гемоглобина и углекислого газа. Безъядерные клетки, такие как зрелые эритроциты, более восприимчивы к токсичности окружающей среды и имеют относительно короткую продолжительность жизни.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит инструкции по генетическому кодированию живых организмов. ДНК состоит из оснований аденина, цитозина, гуанина и тимина, которые образуют пары и соединяются водородными связями. Пара дополнительных оснований, таких как аденин (A) и тимин (T), присоединенная к молекулам сахара и фосфата, называется нуклеотидом. Длинные нити нуклеотидов образуют теперь известную двойную спираль ДНК, открытую в 1952 году Джеймсом Уотсоном, Фрэнсисом Криком, Розалиндой Франклин и Морисом Уилкинсом, учеными Королевского колледжа в Лондоне.

Эукариотические клетки реплицируют ДНК, а затем делятся копией, когда клетка делится в процессе митоза или мейоза. Мейоз включает дополнительный этап во время деления клетки, когда фрагменты ДНК отрываются от одной хромосомы и снова прикрепляются к соответствующей хромосоме. Разделенные хромосомы притягиваются к противоположным концам клетки, и ядерные оболочки реформируются вокруг хроматина.

Ядро служит главнокомандующим, который передает приказы командным единицам. ДНК, размещенная в ядре, обеспечивает все инструкции для кодирования белков, необходимых организму. Потеря ядра вызовет хаос внутри клетки. Без четкого набора инструкций типичная соматическая клетка не знает, что делать дальше.

Клеткам также необходимо ядро, чтобы регулировать движение веществ через клеточную мембрану. Молекулы перемещаются вперед и назад за счет осмоса, фильтрации, диффузии и активного транспорта. Различные типы везикул также играют роль в перемещении веществ в клетку или из клетки. Без ядра, управляющего шоу, клетка может разрушиться, набухнуть и взорваться.

Ядерная оболочка - это двухмембранная структура, которая загоняет ДНК (хроматин) внутрь ядра. Во время интерфазы ядро ​​добывает питательные вещества и обеспечивает оптимальную среду для дублирования ДНК. Когда клетка готова к делению, ядерная оболочка разбирается и высвобождает хромосомы в цитоплазму. ДНК защищена и охраняется в ядре, потому что она содержит весь геном организма, необходимый для размножения видов.

Может ли жизнь существовать без ДНК? Вирусы живы? Живы ли опухолевые клетки? Ответ на эти вопросы требует понимания и согласия относительно смысла жизни, но не в мистическом философском смысле. В соответствии с Астробиологи НАСА, «Жизнь - это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции». Однако определения жизни различаются, и это влияет, например, на классификацию вирусов, содержащих только РНК.

Эукариотические клетки содержат ДНК в своем ядре, которое контролирует нормальные рабочие процедуры. Цель деления клеток - расти и размножаться. Эволюция и адаптация являются результатом уникального спаривания нуклеотидов ДНК. Клетки без ДНК не имеют генетического материала для передачи.

Молекулы матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК) действуют как посредник между ядерной ДНК и остальной частью клетки. Как следует из названия, мРНК копирует (транскрибирует) части ДНК и отправляет удобочитаемые сообщения органеллам, сигнализируя, когда делить или собирать определенные типы белков. Если клетка потеряет свое ядро ​​и ДНК, она в конечном итоге ослабнет и привлечет внимание пожирающих микрофагов иммунной системы.

У эукариотических клеток есть ядро, содержащее ДНК. По определению, эукариотические организмы не могли бы существовать без ДНК. Помимо ядра, эукариотические организмы содержат много типов органелл, которые действуют по сигналу:

• В эндоплазматическая сеть (ER) - складчатая мембрана, прикрепленная к ядру. Внешний слой называется грубым ЭПР, потому что он покрыт неровными рибосомами. Молекулы белка соединяются между грубым ER и гладким внутренним слоем ER. Везикулы перемещают вновь собранные белки в аппарат Гольджи для дальнейшей обработки и распространения.

• Рибосомы крошечные, но важные белковые структуры. Рибсомы декодируют информационную РНК, скопированную с ДНК, и собирают предписанные аминокислоты в правильном порядке. После образования в ядрышке рибосомы плавают в цитоплазме или связываются с шероховатой эндоплазматической сетью.
  

• В цитоплазма представляет собой полужидкую жидкость внутри клетки, которая способствует химическим реакциям. Цитоскелет, состоящий из волокнистых белков, помогает расположить органеллы в цитоплазме. Хроматиды конденсируются в митозе и выстраиваются в линию вдоль середины клетки, прежде чем их разрывает митотическое веретено, которое состоит из микротрубочек в цитоплазме.
  

• Вакуоли представляют собой мешочки для хранения в ячейке, в которых временно хранятся еда, вода и отходы. У растений есть большая вакуоль, в которой накапливается вода, регулируется давление воды и укрепляется клеточная стенка.
  

• Митохондрии широко известны как электростанция клетки. Энергия аденозинтрифосфата (АТФ) вырабатывается посредством клеточного дыхания. Клетки с высокими потребностями в энергии содержат большое количество митохондрий.
  

ДНК прокариотических клеток расположена в области нуклеоида. Прокариотическая ДНК и органеллы не окружены мембранами. Рибосомы, вырабатывающие белок, являются преобладающими органеллами в цитоплазме. Бактерии представляют собой прокариотические формы жизни; у некоторых есть шиповидный жгутик, который является сенсорными органеллами.

Большая часть ДНК расположена в ядре (ядерная ДНК), но небольшие количества также присутствуют в митохондриях (митохондриальная ДНК). Ядерная ДНК регулирует клеточный метаболизм и передает генетический материал от одной делящейся клетки к другой. Митохондриальная ДНК синтезирует белки, производит ферменты и воспроизводит себя. Прокариотические клетки также содержат ДНК, но не имеют ядерной мембраны или оболочки.

Клетке требуется ядро ​​по тем же причинам, по которым телу нужны сердце и мозг. Ядро управляет повседневными операциями клетки. Органеллам нужны инструкции ядра. Без ядра клетка не может получить то, что ей нужно для выживания и процветания.

Клетка без ДНК не способна делать многое, кроме своей единственной задачи. Живые организмы зависят от генов в ДНК, направляющих белки и ферменты. Даже у примитивных форм жизни есть ДНК или РНК. В 46 хромосомах человеческого тела примерно 20 500 генов в ДНК, которые отвечают за триллионы клеток в тканях человека, в соответствии с Генетический дайджест.

Все организмы начинаются с небольшого шара клеток, которые специализируются на различных типах клеток, таких как нейроны, лейкоциты и мышечные клетки. Вначале всем клеткам нужно ядро, чтобы указывать им, что делать. Инструкции могут даже включать запрограммированную смерть. Например, волосы, кожа и ногти - это мертвые клетки, заполненные кератином.

Репродуктивное или терапевтическое клонирование включает удаление ядра яйцеклетки и замену его ядром соматической донорской клетки. Затем ячейка запускается электрически или химически от внешнего источника. В тщательно контролируемых условиях клетки будут расти и дифференцироваться в новый орган, ткань или организм, обладающий ДНК донора.

Зрелые эритроциты и эпителиальные клетки кожи и кишечника склонны к износу, травмам и мутациям из-за переноса отходов или контакта с токсинами окружающей среды. Неудивительно, что клетки, не имеющие ядра, отмирают быстрее, чем другие типы клеток. Отсутствие ядра в таких клетках является защитным фактором. Если бы у этих клеток было ядро, вероятность хромосомного повреждения была бы выше и, возможно, была бы фатальной для организм, если позволить ему делиться и передавать опасные для жизни мутации, вызывающие болезни и опухоли.

Без ДНК клетки не могли бы воспроизводиться, что означало бы исчезновение вида. Обычно ядро ​​создает копии хромосомной ДНК, затем сегменты ДНК рекомбинируют, а затем хромосомы дважды делятся, образуя четыре гаплоидных яйцеклетки или сперматозоидов. Ошибки в мейозе могут привести к отсутствию ДНК в клетках и наследственным заболеваниям.

Подобно клеткам животных, клетки растений имеют заключенное в мембрану ядро, содержащее ДНК. Кроме того, растения содержат хлорофилл, который улавливает солнечную энергию для использования в фотосинтезе и получении пищевой энергии. В свою очередь, растения производят пищу для остальной части пищевой сети. Растения также улучшают окружающую среду, выделяя кислород и поглощая атмосферный углекислый газ.

Наличие ядра позволяет растениям воспроизводить и поддерживать стабильность популяции. Если бы у растений не было ядра, управляющего деятельностью клетки, они не могли бы производить пищу. Следовательно, растения вымрут. В свою очередь, травоядные животные окажутся в опасности, если их источник пищи будет устранен.

Биоразнообразие является ключом к выживанию многоклеточных организмов. Виды растений не могут мигрировать в новый дом, если изменения климата или переносчики болезней внезапно угрожают выживанию вида, изолированного в определенной области. Благодаря рекомбинации генов в мейозе в популяциях существуют генетические вариации, которые делают некоторые растения более выносливыми и устойчивыми благодаря их уникальному геному. Хотя на первый взгляд растения одного и того же типа могут выглядеть одинаково, обычно есть небольшие, но существенные различия, наблюдаемые наметанным глазом.

Например, два кажущихся идентичными растения, растущие рядом, могут иметь небольшие различия в среднем размере листьев, жилковании и структуре корня из-за их уникального генотипа. Такие тонкие различия могут быть полезными или вредными при изменении условий окружающей среды. Например, в периоды засухи растения сталкиваются с более высокой скоростью испарения воды. Например, растения с сильно прожилками и мелкими листьями могут быть лучше приспособлены для выживания и размножения в засушливых условиях.

Вирусы могут представлять серьезную угрозу ДНК клетки-хозяина. Вирус заражает своего хозяина, вводя молекулы вирусной ДНК или РНК в хозяйскую клетку. Вирусная ДНК заставляет клетку производить копии вирусных белков, а не собственные, чтобы создавать больше вирусов, которые продолжают реплицироваться. В конце концов, клетка может взорваться и умереть, распространяя вирусы, которые будут делиться снова и снова. Общие заболевания, такие как ветряная оспа и грипп, вызываются вирусами, которые не реагируют на антибиотики.

Студенты, изучающие клеточную и молекулярную биологию, должны иметь твердое представление о роли и важности ДНК на всех фазах клеточного цикла. Без ДНК живые организмы не могли бы расти. Кроме того, растения не могли делиться посредством митоза, а животные не могли обмениваться генами посредством мейоза. Большинство клеток просто не были бы клетками без ДНК.

Примеры тестовых вопросов:

Если бы его ядро ​​и ДНК отсутствовали, растительная клетка не смог бы который из следующих?

1. Завершите клеточный цикл.
2. Расти больше.
3. Разделить по митозу.
4. Все вышеперечисленное.

Если бы его ядро ​​и ДНК отсутствовали, животная клетка не смог бы сделать который из следующих?

1. Завершите клеточный цикл.
2. Расти больше.
3. Разделите по мейозу.
4. Все вышеперечисленное.