Čo by sa stalo, keby bunka nemala DNA?

Bunka bez DNA má veľa obmedzení, ktoré môžu urýchliť jej zánik. Bunky vyžadujú DNA na vykonávanie základných životných funkcií, prenos genetického materiálu, zhromažďovanie správnych proteínov a prispôsobenie sa meniacim sa podmienkam prostredia. Niektoré vysoko špecializované bunky vylučujú svoje jadro, aby efektívnejšie vykonávali špecifické úlohy, ako je prenos hemoglobínu a oxidu uhličitého. Anuklované bunky ako zrelé červené krvinky sú náchylnejšie na toxicitu pre životné prostredie a majú relatívne krátku životnosť.

Kyselina deoxyribonukleová (DNA) obsahuje pokyny pre genetické kódovanie živých organizmov. DNA sa skladá z adenínu, cytozínu, guanínu a tymínových báz, ktoré sa párujú a spájajú pomocou vodíkových väzieb. Komplementárny pár báz - ako je adenín (A) a tymín (T) - viazaný na molekuly cukru a fosfátov sa nazýva nukleotid. Dlhé reťazce nukleotidov tvoria dnes známu dvojitú špirálu DNA, ktorú v roku 1952 objavili vedci z King's College v Londýne James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin a Maurice Wilkins.

Eukaryotické bunky replikujú DNA a potom zdieľajú kópiu, keď sa bunka delí procesom mitózy alebo meiózy. Meióza zahŕňa ďalší krok počas bunkového delenia, keď sa útržky DNA odlomia z jedného chromozómu a znovu sa pripoja k zodpovedajúcemu chromozómu. Rozdelené chromozómy sú priťahované na opačné konce bunky a jadrové obaly sa reformujú okolo chromatínu.

Jadro slúži ako hlavný veliteľ, ktorý odovzdáva rozkazy veliacim jednotkám. DNA umiestnená v jadre poskytuje všetky pokyny na kódovanie proteínov potrebných pre organizmus. Strata jadra by spôsobila vo vnútri bunky chaos. Bez jasného súboru pokynov by typická somatická bunka netušila, čo ďalej.

Bunky tiež potrebujú jadro, ktoré pomáha regulovať pohyb látok cez bunkovú membránu. Molekuly sa pohybujú tam a späť osmózou, filtráciou, difúziou a aktívnym transportom. Rôzne typy vezikúl tiež zohrávajú úlohu pri premiestňovaní látok do alebo z bunky. Bez jadra, ktoré by to predvádzalo, by sa bunka mohla zrútiť alebo napučať a prasknúť.

Jadrový obal je štruktúra s dvojitou membránou, ktorá orolizuje DNA (chromatín) vo vnútri jadra. Počas medzifázy jadro získava živiny a poskytuje optimálne prostredie pre duplikáciu DNA. Akonáhle je bunka pripravená začať sa deliť, jadrový obal sa rozloží a uvoľní chromozómy do cytoplazmy. DNA je chránená a strážená v jadre, pretože obsahuje celý genóm organizmu potrebný na množenie druhov.

Môže život existovať bez DNA? Žijú vírusy? Sú nádorové bunky nažive? Odpovedať na tieto otázky si vyžaduje porozumenie a dohodu o zmysle života, nie však v tajomnom filozofickom zmysle. Podľa Astrobiológovia NASA„Život je sebestačný chemický systém schopný darvinovskej evolúcie.“ Definície života sa však líšia a to ovplyvňuje napríklad klasifikáciu vírusov obsahujúcich iba RNA.

Eukaryotické bunky obsahujú vo svojom jadre DNA, ktorá dohliada na bežné operačné postupy. Účelom bunkového delenia je rast a množenie. Vývoj a adaptácia sú výsledkom jedinečných párov nukleotidov DNA. Bunky bez DNA by nemali žiadny genetický materiál na prenos.

Molekulárne molekuly ribonukleovej kyseliny (mRNA) pôsobia ako medzičlánok jadrovej DNA a zvyšku bunky. Ako naznačuje názov, mRNA kopíruje (prepisuje) časti DNA a posiela čitateľné správy na organely, ktoré signalizujú, kedy majú rozdeliť alebo zostaviť určité typy proteínov. Ak by bunka stratila jadro a DNA, bunka by nakoniec oslabila a upútala pozornosť požierajúcimi mikrofágy v imunitnom systéme.

Eukaryotické bunky majú jadro, ktoré obsahuje DNA. Podľa definície by eukaryotické organizmy nevznikli bez DNA. Okrem jadra obsahujú eukaryotické organizmy mnoho druhov organel, ktoré pôsobia:

• The endoplazmatické retikulum (ER) je zložená membrána pripojená k jadru. Vonkajšia vrstva sa nazýva drsná ER, pretože je pokrytá hrboľatými ribozómami. Molekuly proteínov sú spojené medzi hrubou ER a hladkou vnútornou vrstvou ER. Vezikuly presúvajú novo zostavené proteíny do Golgiho aparát na ďalšie spracovanie a distribúciu.

• Ribozómy sú drobné, ale dôležité proteínové štruktúry. Ribzómy dekódujú messengerovú RNA skopírovanú z DNA a zostavia predpísané aminokyseliny v správnom poradí. Po vytvorení v jadre ribozómy plávajú okolo v cytoplazme alebo sa viažu na drsné endoplazmatické retikulum.
  

• The cytoplazma je polotekutá kvapalina v bunke, ktorá uľahčuje chemické reakcie. Cytoskelet vyrobený z vláknitých proteínov pomáha umiestňovať organely do cytoplazmy. Chromatidy kondenzujú v mitóze a zaraďujú sa pozdĺž stredu bunky predtým, ako ich roztrhne mitotické vreteno, ktoré sa skladá z mikrotubulov v cytoplazme.
  

• Vysávače sú skladovacie vrecká v bunke, ktoré dočasne zadržiavajú jedlo, vodu a odpad. Rastliny majú veľkú vakuolu, ktorá uchováva vodu, reguluje tlak vody a posilňuje bunkovú stenu.
  

• Mitochondrie sú všeobecne známe ako elektráreň bunky. Energia adenozíntrifosfátu (ATP) sa vyrába bunkovým dýchaním. Bunky s vysokou energetickou potrebou obsahujú veľké množstvo mitochondrií.
  

DNA prokaryotických buniek je umiestnená v nukleoidnej oblasti. Prokaryotická DNA a organely nie sú obklopené membránami. Ribozómy, ktoré produkujú bielkoviny, sú dominantnou organelou v cytoplazme. Baktérie sú príkladom prokaryotických foriem života; niektoré majú bičíky podobné bičom, ktoré sú zmyslovými organelami.

Väčšina DNA sa nachádza v jadre (jadrová DNA), ale malé množstvá sú prítomné aj v mitochondriách (mitochondriálna DNA). Jadrová DNA reguluje bunkový metabolizmus a prenáša genetický materiál z jednej deliacej sa bunky na druhú. Mitochondriálna DNA syntetizuje proteíny, vyrába enzýmy a replikuje sa. Prokaryotické bunky tiež obsahujú DNA, ale nie je tam žiadna jadrová membrána alebo obal.

Bunka vyžaduje jadro z rovnakých dôvodov, že telo potrebuje srdce a mozog. Jadro riadi každodenné operácie bunky. Organely potrebujú pokyny z jadra. Bez jadra nemôže bunka dostať to, čo potrebuje na prežitie a prosperitu.

Bunka bez DNA nemá kapacitu na to, aby dokázala urobiť čokoľvek iné ako svoju danú úlohu. Živé organizmy sú pri vedení bielkovín a enzýmov závislé od génov v DNA. Aj primitívne formy života majú DNA alebo RNA. V 46 chromozómoch ľudského tela je približne 20 500 génov v DNA, ktoré sú zodpovedné za bilióny buniek v ľudskom tkanive, podľa Genetický prehľad.

Všetky organizmy začínajú malou guľou buniek, ktoré sa špecializujú na mnoho rôznych typov buniek, ako sú neuróny, biele krvinky a svalové bunky. Na začiatku potrebujú všetky bunky jadro, aby mohli povedať, čo majú robiť. Pokyny môžu dokonca obsahovať programovanú smrť. Napríklad vlasy, pokožka a nechty sú mŕtve bunky naplnené keratínom.

Reprodukčné alebo terapeutické klonovanie spočíva v odstránení jadra vaječnej bunky a jeho nahradení jadrom somatickej darcovskej bunky. Potom je článok elektricky alebo chemicky naštartovaný. Za starostlivo kontrolovaných podmienok budú bunky rásť a diferencovať sa na nový orgán, tkanivo alebo organizmus s DNA darcu.

Zrelé červené krvinky a epiteliálne bunky kože a čriev sú náchylné na opotrebovanie, poranenie a mutácie v dôsledku prievozu alebo kontaktu s toxínmi z prostredia. Nie je prekvapením, že bunky, ktoré nemajú jadro, odumierajú rýchlejšie ako iné typy buniek. Absencia jadra v takýchto bunkách ponúka ochranný faktor. Keby tieto bunky mali jadro, pravdepodobnosť poškodenia chromozómov by bola vyššia a mohla by byť smrteľná organizmus, ak sa nechá rozdeľovať a prenášať život ohrozujúce mutácie spôsobujúce choroby a nádory.

Bez DNA by sa bunky nemohli rozmnožovať, čo by znamenalo vyhynutie druhu. Za normálnych okolností jadro vytvára kópie chromozomálnej DNA, potom segmenty DNA rekombinujú a potom sa chromozómy dvakrát delia a vytvárajú štyri haploidné vajíčko alebo spermie. Chyby v meióze môžu mať za následok bunky s chýbajúcou DNA a dedičnými chorobami.

Rovnako ako živočíšne bunky, aj rastlinné majú membránou uzavreté jadro obsahujúce DNA. Rastliny navyše obsahujú chlorofyl, ktorý zachytáva slnečnú energiu na použitie pri fotosyntéze a získavaní energie z potravy. Rastliny zase produkujú potravu pre zvyšok potravinovej siete. Rastliny tiež zlepšujú životné prostredie tým, že uvoľňujú kyslík a znižujú atmosférický oxid uhličitý.

Prítomnosť jadra umožňuje rastlinám množiť sa a udržiavať stabilitu populácie. Keby rastliny nemali jadro riadiace činnosť bunky, neboli by schopné vyrábať jedlo. V dôsledku toho rastliny vyhynuli. Bylinožravce by boli zasa v ohrození, keby sa vylúčil ich zdroj potravy.

Biodiverzita je kľúčom k prežitiu druhov pre mnohobunkové organizmy. Druhy rastlín nemôžu migrovať do nového domova, ak zmeny podnebia alebo vektory chorôb náhle ohrozia prežitie druhu izolovaného v konkrétnej oblasti. Vďaka génovej rekombinácii v meióze existujú genetické variácie v populáciách, vďaka ktorým sú niektoré rastliny vďaka svojmu jedinečnému genómu odolnejšie a odolnejšie. Aj keď sa rastliny rovnakého typu na prvý pohľad môžu všetky podobať, zvyčajne existujú malé, ale významné rozdiely pozorovateľné pre trénované oko.

Napríklad dve zdanlivo identické rastliny rastúce vedľa seba môžu mať mierne odchýlky v priemernej veľkosti listov, žilkovaní a koreňovej štruktúre vďaka svojmu jedinečnému genotypu. Takéto jemné rozdiely môžu byť užitočné alebo škodlivé, ak sa zmenia podmienky prostredia. Napríklad v období sucha čelia rastliny vyššej miere odparovania vody. Rastliny so silne žilnatými malými listami môžu byť vhodnejšie na prežitie a reprodukciu napríklad v suchých podmienkach.

Vírusy môžu predstavovať vážne nebezpečenstvo pre DNA hostiteľskej bunky. Vírus infikuje svojho hostiteľa injekciou molekúl vírusovej DNA alebo RNA do hostiteľskej bunky. Vírusová DNA prikáže bunke, aby produkovala skôr kópie vírusových proteínov ako vlastné bunky, aby vytvorila viac vírusov, ktoré sa naďalej replikujú. Nakoniec môže bunka prasknúť a zomrieť a šíriť vírusy, ktoré sa budú deliť znova a znova. Bežné choroby ako kiahne a chrípka sú spôsobené vírusmi, ktoré nereagujú na antibiotiká.

Študenti, ktorí študujú bunkovú a molekulárnu biológiu, musia pevne pochopiť úlohu a dôležitosť DNA vo všetkých fázach bunkového cyklu. Bez DNA by živé organizmy nemohli rásť. Ďalej sa rastliny nemohli deliť mitózou a zvieratá si nemohli vymieňať gény prostredníctvom meiózy. Väčšina buniek by jednoducho nebola bunkou bez DNA.

Vzorové testovacie otázky:

Ak jej jadro a DNA chýbali, a rastlinná bunka by nebol schopný ktoré z nasledujúcich?

1. Dokončite bunkový cyklus.
2. Zväčší sa.
3. Rozdeľte mitózou.
4. Všetky vyššie uvedené.

Ak jej jadro a DNA chýbali, an živočíšna bunka by nebol schopný urobiť ktoré z nasledujúcich?

1. Dokončite bunkový cyklus.
2. Zväčší sa.
3. Rozdeľte meiózu.
4. Všetky vyššie uvedené.