จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเซลล์ไม่มี DNA?

เซลล์ที่ไม่มี DNA มีข้อจำกัดมากมายที่สามารถเร่งการตายของเซลล์ได้ เซลล์ต้องการ DNA เพื่อทำหน้าที่ที่สำคัญของชีวิต ส่งสารพันธุกรรม รวบรวมโปรตีนที่เหมาะสม และปรับให้เข้ากับสภาวะแวดล้อมที่ผันผวน เซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญสูงบางเซลล์หลั่งนิวเคลียสเพื่อให้ทำงานเฉพาะอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น แบกฮีโมโกลบินและคาร์บอนไดออกไซด์ เซลล์ที่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียส เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มที่จะไวต่อความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าและมีช่วงชีวิตที่ค่อนข้างสั้น

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) มีคำสั่งการเข้ารหัสทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต DNA ประกอบด้วยเบสอะดีนีน ไซโตซีน กัวนีน และไทมีนที่จับคู่และเชื่อมต่อกันผ่านพันธะไฮโดรเจน คู่เบสเสริม เช่น อะดีนีน (A) และไทมีน (T) ที่ติดอยู่กับโมเลกุลของน้ำตาลและฟอสเฟตเรียกว่านิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์เส้นยาวก่อตัวเป็นเกลียวคู่ของ DNA ที่มีชื่อเสียงในขณะนี้ ซึ่งค้นพบในปี 1952 โดย James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin และ Maurice Wilkins นักวิทยาศาสตร์จาก King's College ในลอนดอน

เซลล์ยูคาริโอตจำลอง DNA แล้วแบ่งสำเนาเมื่อเซลล์แบ่งผ่านกระบวนการไมโทซิสหรือไมโอซิส ไมโอซิสรวมถึงขั้นตอนพิเศษระหว่างการแบ่งเซลล์โดยที่ตัวอย่าง DNA แยกตัวออกจากโครโมโซมหนึ่งและแนบกลับเข้ากับโครโมโซมที่เข้าคู่กัน โครโมโซมที่ถูกแบ่งออกจะถูกดึงไปที่ปลายอีกด้านของเซลล์ และเปลือกนิวเคลียสจะปฏิรูปรอบๆ โครมาติน

นิวเคลียสทำหน้าที่เป็นผู้บัญชาการทหารสูงสุดที่ส่งคำสั่งไปยังหน่วยบัญชาการ ดีเอ็นเอที่อยู่ในนิวเคลียสให้คำแนะนำทั้งหมดสำหรับการเข้ารหัสโปรตีนที่ร่างกายต้องการ การสูญเสียนิวเคลียสจะทำให้เกิดความโกลาหลภายในเซลล์ หากไม่มีชุดคำสั่งที่ชัดเจน โซมาติกเซลล์ทั่วไปคงไม่รู้ว่าต้องทำอะไรต่อไป

เซลล์ยังต้องการนิวเคลียสเพื่อช่วยควบคุมการเคลื่อนที่ของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โมเลกุลเคลื่อนที่ไปมาโดยการออสโมซิส การกรอง การแพร่ และการขนส่งแบบแอคทีฟ ถุงน้ำชนิดต่างๆ ก็มีบทบาทในการเคลื่อนย้ายสารเข้าหรือออกจากเซลล์ หากไม่มีนิวเคลียสในการแสดง เซลล์อาจยุบหรือบวมและแตกออก

เยื่อหุ้มนิวเคลียสเป็นโครงสร้างเมมเบรนสองชั้นที่เกาะติดกับ DNA (โครมาติน) ภายในนิวเคลียส ระหว่างเฟส นิวเคลียสจะจัดหาสารอาหารและให้สภาพแวดล้อมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการทำซ้ำของดีเอ็นเอ เมื่อเซลล์พร้อมที่จะเริ่มแบ่งตัว เปลือกนิวเคลียสจะแยกชิ้นส่วนและปล่อยโครโมโซมออกสู่ไซโตพลาสซึม DNA ได้รับการคุ้มครองและปกป้องในนิวเคลียส เนื่องจากมีจีโนมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตที่จำเป็นสำหรับการขยายพันธุ์ของสปีชีส์

ชีวิตสามารถดำรงอยู่ได้โดยปราศจาก DNA หรือไม่? ไวรัสมีชีวิตอยู่หรือไม่? เซลล์เนื้องอกมีชีวิตอยู่หรือไม่? การตอบคำถามเหล่านี้ต้องการความเข้าใจและข้อตกลงเกี่ยวกับความหมายของชีวิต แต่ไม่ใช่ในความหมายทางปรัชญาที่ลี้ลับ ตามที่ นักโหราศาสตร์ของนาซ่า, “ชีวิตคือระบบเคมีที่ดำรงอยู่ได้ด้วยตัวเองซึ่งมีความสามารถในการวิวัฒนาการของดาร์วิน” อย่างไรก็ตาม คำจำกัดความของชีวิตต่างกัน และนั่นก็ส่งผลต่อการจำแนกไวรัสที่มีเพียงอาร์เอ็นเอเท่านั้น เป็นต้น

เซลล์ยูคาริโอตมี DNA อยู่ในนิวเคลียส ซึ่งดูแลขั้นตอนการปฏิบัติงานตามปกติ จุดประสงค์ของการแบ่งเซลล์คือการเติบโตและเพิ่มจำนวน วิวัฒนาการและการปรับตัวเป็นผลมาจากการจับคู่ DNA นิวคลีโอไทด์ที่เป็นเอกลักษณ์ เซลล์ที่ไม่มี DNA จะไม่มีสารพันธุกรรมส่งผ่าน

โมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิก (mRNA) ของ Messenger ทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำหรับ DNA นิวเคลียร์และส่วนที่เหลือของเซลล์ ตามชื่อที่แนะนำ mRNA คัดลอก (ถอดเสียง) ส่วนต่าง ๆ ของ DNA และส่งข้อความที่อ่านได้ไปยังออร์แกเนลล์ ส่งสัญญาณว่าเมื่อใดควรแบ่งหรือประกอบโปรตีนบางประเภท หากเซลล์สูญเสียนิวเคลียสและดีเอ็นเอไป ในที่สุดเซลล์ก็จะอ่อนแอลงและดึงดูดความสนใจจากการกินไมโครฟาจในระบบภูมิคุ้มกัน

เซลล์ยูคาริโอตมีนิวเคลียสที่มี DNA ตามคำนิยาม สิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอตจะไม่เกิดขึ้นได้หากปราศจากดีเอ็นเอ นอกจากนิวเคลียสแล้ว สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตยังมีออร์แกเนลล์หลายประเภทที่ทำงานตามคิว:

• เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER) เป็นเมมเบรนแบบพับติดกับนิวเคลียส ชั้นนอกเรียกว่า ER แบบหยาบ เพราะถูกปกคลุมด้วยไรโบโซมที่เป็นหลุมเป็นบ่อ โมเลกุลโปรตีนถูกประกอบเข้าด้วยกันระหว่าง ER แบบหยาบและชั้นในที่เรียบของ ER ถุงจะย้ายโปรตีนที่ประกอบขึ้นใหม่ไปที่ เครื่องมือกอลจิ เพื่อนำไปแปรรูปและจำหน่ายต่อไป

• ไรโบโซม เป็นโครงสร้างโปรตีนขนาดเล็กแต่มีความสำคัญ ซี่โครงถอดรหัส RNA ของผู้ส่งสารที่คัดลอกมาจาก DNA และรวบรวมกรดอะมิโนที่กำหนดตามลำดับที่ถูกต้อง หลังจากก่อตัวในนิวเคลียสแล้ว ไรโบโซมจะลอยไปรอบๆ ในไซโทพลาสซึมหรือจับกับเอนโดพลาสมิกเรติเคิลที่หยาบ
  

• ไซโตพลาสซึม เป็นของเหลวกึ่งของเหลวภายในเซลล์ที่เอื้อต่อปฏิกิริยาเคมี โครงร่างไซโตสเกเลตัน - ทำจากโปรตีนเส้นใย - ช่วยจัดตำแหน่งออร์แกเนลล์ในไซโตพลาสซึม โครมาทิดจะควบแน่นในไมโทซิสและเรียงตัวกันตามตรงกลางของเซลล์ก่อนที่จะถูกดึงออกจากกันโดยแกนไมโทติก ซึ่งประกอบด้วยไมโครทูบูลในไซโตพลาสซึม
  

• แวคิวโอล เป็นถุงเก็บในเซลล์ที่กักเก็บอาหาร น้ำ และของเสียไว้ชั่วคราว พืชมีแวคิวโอลขนาดใหญ่ที่เก็บน้ำ ควบคุมแรงดันน้ำ และเสริมผนังเซลล์
  

• ไมโตคอนเดรีย เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นโรงไฟฟ้าของเซลล์ พลังงานอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ถูกผลิตขึ้นโดยการหายใจระดับเซลล์ เซลล์ที่ต้องการพลังงานสูงมีไมโตคอนเดรียจำนวนมาก
  

DNA ของเซลล์โปรคาริโอตตั้งอยู่ในบริเวณนิวเคลียส โพรคาริโอต DNA และออร์แกเนลล์ไม่ได้ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ ไรโบโซมที่ผลิตโปรตีนเป็นออร์แกเนลล์เด่นในไซโตพลาสซึม แบคทีเรียเป็นตัวอย่างของรูปแบบชีวิตของโปรคาริโอต บางชนิดมีแฟลเจลลัมคล้ายแส้ที่เป็นออร์แกเนลล์ทางประสาทสัมผัส

DNA ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในนิวเคลียส ( DNA นิวเคลียร์) แต่มีปริมาณเล็กน้อยในไมโตคอนเดรีย (ดีเอ็นเอของไมโตคอนเดรีย) ดีเอ็นเอนิวเคลียร์ควบคุมการเผาผลาญของเซลล์และส่งผ่านสารพันธุกรรมจากเซลล์ที่แบ่งหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง DNA ของไมโตคอนเดรียสังเคราะห์โปรตีน สร้างเอ็นไซม์ และทำซ้ำตัวเอง เซลล์โพรคาริโอตก็มี DNA เช่นกัน แต่ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสหรือซองจดหมาย

เซลล์ต้องการนิวเคลียสด้วยเหตุผลเดียวกันกับที่ร่างกายต้องการหัวใจและสมอง นิวเคลียสจัดการการทำงานประจำวันของเซลล์ ออร์แกเนลล์ต้องการคำแนะนำจากนิวเคลียส หากไม่มีนิวเคลียส เซลล์ก็ไม่สามารถได้รับสิ่งที่ต้องการเพื่อความอยู่รอดและเจริญเติบโตได้

เซลล์ที่ไม่มี DNA ขาดความสามารถที่จะทำอย่างอื่นได้มากนอกเหนือจากหน้าที่ที่ได้รับมอบหมาย สิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับยีนใน DNA เพื่อเป็นแนวทางในโปรตีนและเอนไซม์ แม้แต่รูปแบบชีวิตดึกดำบรรพ์ก็มี DNA หรือ RNA ภายในโครโมโซม 46 ตัวของร่างกายมนุษย์มีประมาณ 20,500 ยีนใน DNA ที่รับผิดชอบเซลล์หลายล้านล้านเซลล์ในเนื้อเยื่อของมนุษย์ตาม พันธุศาสตร์ไดเจสต์.

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดเริ่มต้นด้วยเซลล์ลูกเล็กๆ ที่มีความเชี่ยวชาญในเซลล์หลายประเภท เช่น เซลล์ประสาท เซลล์เม็ดเลือดขาว และเซลล์กล้ามเนื้อ ในการเริ่มต้น ทุกเซลล์ต้องการนิวเคลียสเพื่อบอกว่าต้องทำอย่างไร คำแนะนำอาจรวมถึงการตายตามโปรแกรม ตัวอย่างเช่น ผม ผิวหนัง และเล็บ เป็นเซลล์ที่ตายแล้วซึ่งเต็มไปด้วยเคราติน

การโคลนนิ่งการสืบพันธุ์หรือการรักษาเกี่ยวข้องกับการกำจัดนิวเคลียสของเซลล์ไข่และแทนที่ด้วยนิวเคลียสของเซลล์ผู้บริจาคโซมาติก จากนั้นเซลล์จะเริ่มกระโดดด้วยไฟฟ้าหรือทางเคมี ภายใต้สภาวะที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวัง เซลล์จะเติบโตและแยกออกเป็นอวัยวะ เนื้อเยื่อ หรือสิ่งมีชีวิตใหม่ที่มี DNA ของผู้บริจาค

เซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มที่และเซลล์เยื่อบุผิวของผิวหนังและลำไส้มีแนวโน้มที่จะสึกหรอ ได้รับบาดเจ็บ และการกลายพันธุ์อันเนื่องมาจากของเสียจากการขนส่งหรือการสัมผัสกับสารพิษในสิ่งแวดล้อม ไม่น่าแปลกใจที่เซลล์ที่ไม่มีนิวเคลียสจะตายเร็วกว่าเซลล์ประเภทอื่น การไม่มีนิวเคลียสในเซลล์ดังกล่าวเป็นปัจจัยป้องกัน หากเซลล์เหล่านี้มีนิวเคลียส โอกาสของความเสียหายของโครโมโซมจะสูงขึ้นและอาจถึงแก่ชีวิตได้ สิ่งมีชีวิตหากได้รับอนุญาตให้แบ่งและส่งต่อการกลายพันธุ์ที่คุกคามชีวิตทำให้เกิดโรคและ เนื้องอก

หากไม่มี DNA เซลล์จะไม่สามารถสืบพันธุ์ได้ ซึ่งหมายความว่าการสูญพันธุ์ของสายพันธุ์ โดยปกติ นิวเคลียสจะสร้างสำเนาของ DNA โครโมโซม จากนั้นแบ่งส่วนของ DNA กลับมารวมกันอีกครั้ง และถัดไปโครโมโซมจะแบ่งสองครั้ง ก่อตัวเป็นไข่เดี่ยวหรือเซลล์อสุจิสี่ตัว ข้อผิดพลาดในไมโอซิสอาจส่งผลให้เซลล์ขาด DNA และโรคที่สืบทอดได้

เช่นเดียวกับเซลล์สัตว์ เซลล์พืชมีนิวเคลียสที่หุ้มด้วยเมมเบรนซึ่งมีดีเอ็นเอ นอกจากนี้ พืชยังมีคลอโรฟิลล์ซึ่งจับพลังงานดวงอาทิตย์เพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสงและเก็บเกี่ยวพลังงานจากอาหาร ในทางกลับกัน พืชผลิตอาหารสำหรับใยอาหารที่เหลือ พืชยังช่วยเพิ่มสภาพแวดล้อมด้วยการปล่อยออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่จมลง

การปรากฏตัวของนิวเคลียสทำให้พืชสามารถสืบพันธุ์และรักษาเสถียรภาพของประชากรได้ ถ้าพืชไม่มีนิวเคลียสที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ พืชก็จะไม่สามารถผลิตอาหารได้ ดังนั้นพืชก็จะตายหมด ในทางกลับกัน สัตว์กินพืชจะตกอยู่ในอันตรายหากแหล่งอาหารของพวกมันถูกกำจัด

ความหลากหลายทางชีวภาพเป็นกุญแจสำคัญในการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ พันธุ์พืชไม่สามารถอพยพไปยังบ้านใหม่ได้หากสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงหรือพาหะนำโรคคุกคามการอยู่รอดของสายพันธุ์ที่แยกได้ในพื้นที่เฉพาะอย่างกะทันหัน ผ่านการรวมตัวของยีนในไมโอซิส ความผันแปรทางพันธุกรรมมีอยู่ภายในประชากรที่ทำให้พืชบางชนิดแข็งแกร่งขึ้นและต้านทานได้มากขึ้นด้วยจีโนมที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกมัน แม้ว่าพืชประเภทเดียวกันอาจมีลักษณะคล้ายกันในแวบแรก แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีความแตกต่างเล็กน้อยแต่มีนัยสำคัญที่สามารถสังเกตได้จากสายตาที่ได้รับการฝึก

ตัวอย่างเช่น พืชที่ดูเหมือนเหมือนกันสองต้นที่เติบโตเคียงข้างกันอาจมีความแตกต่างกันเล็กน้อยในขนาดใบโดยเฉลี่ย ลักษณะลาย และโครงสร้างรากอันเนื่องมาจากจีโนไทป์เฉพาะของพวกมัน ความแตกต่างที่ละเอียดอ่อนดังกล่าวอาจเป็นประโยชน์หรือเป็นอันตรายหากสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างเช่น ในช่วงฤดูแล้ง พืชต้องเผชิญกับอัตราการระเหยของน้ำที่สูงขึ้น พืชที่มีเส้นใบเล็กและเส้นใหญ่อาจเหมาะที่จะอยู่รอดและขยายพันธุ์ในสภาพอากาศที่แห้งแล้ง เป็นต้น

ไวรัสอาจเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อ DNA ของเซลล์เจ้าบ้าน ไวรัสแพร่เชื้อโดยการฉีดโมเลกุลของ DNA ไวรัสหรือ RNA เข้าไปในเซลล์เจ้าบ้าน DNA ของไวรัสสั่งให้เซลล์ผลิตสำเนาของโปรตีนจากไวรัสแทนที่จะสร้างเซลล์เอง เพื่อสร้างไวรัสที่ทำซ้ำต่อไป ในที่สุด เซลล์สามารถระเบิดและตาย แพร่กระจายไวรัสที่จะแบ่งตัวครั้งแล้วครั้งเล่า โรคทั่วไปเช่นอีสุกอีใสและไข้หวัดใหญ่เกิดจากไวรัสซึ่งไม่ตอบสนองต่อยาปฏิชีวนะ

นักศึกษาที่ศึกษาชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุลต้องเข้าใจบทบาทและความสำคัญของดีเอ็นเออย่างมั่นคงในทุกขั้นตอนของวัฏจักรเซลล์ หากไม่มี DNA สิ่งมีชีวิตก็ไม่สามารถเติบโตได้ นอกจากนี้ พืชไม่สามารถแบ่งโดยไมโทซิส และสัตว์ไม่สามารถแลกเปลี่ยนยีนผ่านไมโอซิสได้ เซลล์ส่วนใหญ่จะไม่เป็นเซลล์ที่ปราศจาก DNA

คำถามทดสอบตัวอย่าง:

ถ้านิวเคลียสและดีเอ็นเอของมันหายไป a เซลล์พืช จะไม่สามารถ ที่ ดังต่อไปนี้?

1. เสร็จสิ้นวัฏจักรของเซลล์
2. เติบใหญ่.
3. แบ่งตามไมโทซีส
4. ทั้งหมดข้างต้น

หากนิวเคลียสและดีเอ็นเอของมันหายไป เซลล์สัตว์ ย่อมทำไม่ได้ ที่ ดังต่อไปนี้?

1. เสร็จสิ้นวัฏจักรของเซลล์
2. เติบใหญ่.
3. แบ่งตามไมโอซิส
4. ทั้งหมดข้างต้น