Що станеться, якби клітина не мала ДНК?

Клітина без ДНК має багато обмежень, які можуть прискорити її загибель. Клітини потребують ДНК для виконання життєво важливих життєвих функцій, передачі генетичного матеріалу, збирання потрібних білків та адаптації до коливальних умов навколишнього середовища. Деякі вузькоспеціалізовані клітини викидають своє ядро, щоб ефективніше виконувати певні завдання, такі як перенесення гемоглобіну та вуглекислого газу. Ануклейовані клітини, такі як зрілі еритроцити, більш сприйнятливі до токсичності навколишнього середовища і мають відносно короткий термін життя.

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) містить інструкції щодо генетичного кодування живих організмів. ДНК складається з аденинових, цитозинових, гуанінових та тимінових основ, які спарюються і з’єднуються за допомогою водневих зв’язків. Комплементарна пара основ - як аденін (А) і тимін (Т) - приєднані до молекул цукру та фосфатів називається нуклеотидом. Довгі нитки нуклеотидів утворюють відому нині подвійну спіраль ДНК, відкриту в 1952 році Джеймсом Уотсоном, Френсісом Криком, Розалінд Франклін та Морісом Вілкінсом, вченими Лондонського Королівського коледжу.

Еукаріотичні клітини копіюють ДНК, а потім діляться копією, коли клітина ділиться в процесі мітозу або мейозу. Мейоз включає додатковий крок під час поділу клітини, коли фрагменти ДНК відриваються від однієї хромосоми і знову приєднуються до відповідної хромосоми. Розділені хромосоми тягнуться до протилежних кінців клітини, і ядерні оболонки реформуються навколо хроматину.

Ядро служить головним командуючим, який передає накази командним підрозділам. ДНК, що знаходиться в ядрі, забезпечує всі інструкції щодо кодування білків, необхідних організму. Втрата ядра спричинить погром всередині клітини. Без чіткого набору інструкцій типова соматична клітина не мала б уявлення, що робити далі.

Клітинам також потрібне ядро, яке допоможе регулювати рух речовин по клітинній мембрані. Молекули рухаються вперед-назад за допомогою осмосу, фільтрації, дифузії та активного транспорту. Різні типи везикул також відіграють певну роль у переміщенні речовин всередину або поза клітиною. Без ядра, яке веде шоу, клітина може зруйнуватися або набрякнути і вибухнути.

Ядерна оболонка - це двомембранна структура, яка вражає ДНК (хроматин) всередині ядра. Під час інтерфази ядро ​​забирає поживні речовини та забезпечує оптимальне середовище для розмноження ДНК. Як тільки клітина готова розпочати ділення, ядерна оболонка розбирається і вивільняє хромосоми в цитоплазму. ДНК захищена і охороняється в ядрі, оскільки вона містить весь геном організму, необхідний для розмноження видів.

Чи може життя існувати без ДНК? Чи живі віруси? Чи живі клітини пухлини? Відповіді на ці запитання вимагають розуміння та згоди щодо сенсу життя, але не в таємничому філософському сенсі. Відповідно до Астробіологи НАСА, "Життя - це самоокупна хімічна система, здатна до дарвінівської еволюції". Однак визначення життя відрізняються, і це впливає, наприклад, на класифікацію вірусів, що містять лише РНК.

Еукаріотичні клітини містять у своєму ядрі ДНК, яка контролює звичайні операційні процедури. Призначення поділу клітин - рости і розмножуватися. Еволюція та адаптація є результатом унікальних пар ДНК-нуклеотидів. Клітини без ДНК не мали б генетичного матеріалу для передачі.

Молекули рибонуклеїнової кислоти (мРНК) діють як посередник між ядерною ДНК та рештою клітини. Як випливає з назви, мРНК копіює (транскрибує) частини ДНК і надсилає читаються повідомлення органелам, сигналізуючи про те, коли слід ділити або збирати певні типи білків. Якби клітина втратила своє ядро ​​та ДНК, вона з часом ослабне і приверне увагу поглинаючих мікрофагів імунної системи.

Клітини еукаріотів мають ядро, що містить ДНК. За визначенням, еукаріотичні організми не могли б існувати без ДНК. На додаток до ядра, еукаріотичні організми містять багато типів органел, які діють на підказку:

• ендоплазматичний ретикулум (ER) - складена мембрана, прикріплена до ядра. Зовнішній шар називається грубим ER, оскільки він покритий вибоїстими рибосомами. Молекули білка складаються між грубим ER та гладким внутрішнім шаром ER. Везикули переміщують щойно зібрані білки до Апарат Гольджі для подальшої обробки та розподілу.

• Рибосоми є крихітними, але важливими білковими структурами. Рибсоми декодують РНК-повідомлення, скопійовану з ДНК, і складають призначені амінокислоти в правильному порядку. Утворившись в ядерці, рибосоми плавають навколо цитоплазми або зв’язуються з грубим ендоплазматичним сітком.
  

• цитоплазма це напіврідка рідина всередині клітини, яка сприяє хімічним реакціям. Цитоскелет, що складається з фіброзних білків, допомагає розташувати органели в цитоплазмі. Хроматиди конденсуються в мітозі і шикуються вздовж середини клітини, перш ніж їх роз’єднає мітотичне веретено, яке складається з мікротрубочок у цитоплазмі.
  

• Вакуолі є мішками для зберігання в камері, в яких тимчасово зберігаються їжа, вода та відходи. Рослини мають велику вакуоль, яка зберігає воду, регулює тиск води та зміцнює клітинну стінку.
  

• Мітохондрії широко відомі як електростанція клітини. Енергія аденозинтрифосфату (АТФ) виробляється за допомогою клітинного дихання. Клітини з високими енергетичними потребами містять велику кількість мітохондрій.
  

ДНК клітин прокаріотів знаходиться в нуклеоїдній області. ДНК прокаріотів і органели не оточені мембранами. Рибосоми, що продукують білок, є переважною органелою в цитоплазмі. Бактерії є прикладом прокаріотичних форм життя; у деяких є джгутики, схожі на батоги, які є чутливими органелами.

Більшість ДНК розташована в ядрі (ядерна ДНК), але невеликі кількості також є в мітохондріях (мітохондріальна ДНК). Ядерна ДНК регулює клітинний метаболізм і передає генетичний матеріал від однієї клітини, що ділиться, до іншої. Мітохондріальна ДНК синтезує білки, виробляє ферменти та реплікація. Клітини прокаріотів також містять ДНК, але ядерної мембрани або оболонки немає.

Клітина потребує ядра з тих самих причин, що тіло потребує серця та мозку. Ядро керує щоденною роботою клітини. Органелам потрібні вказівки з ядра. Без ядра клітина не може отримати те, що потрібно для виживання та процвітання.

Клітина без ДНК не має можливості виконувати багато чого іншого, крім того, що їй було задано. Живі організми залежать від генів у ДНК, щоб направляти білки та ферменти. Навіть примітивні форми життя мають ДНК або РНК. В межах 46 хромосом людського тіла є приблизно 20 500 генів у ДНК, які відповідають за трильйони клітин у людській тканині, відповідно до Дайджест генетики.

Усі організми починаються з невеликого кулі клітин, які спеціалізуються на багатьох різних типах клітин, таких як нейрони, білі кров'яні клітини та м'язові клітини. На початку всі клітини потребують ядра, щоб сказати, що робити. Інструкції можуть включати навіть запрограмовану смерть. Наприклад, волосся, шкіра та нігті - це мертві клітини, наповнені кератином.

Репродуктивне або терапевтичне клонування передбачає видалення ядра яйцеклітини та заміну його ядром соматичної донорської клітини. Потім клітина запускається електрично або хімічно. У ретельно контрольованих умовах клітини будуть рости і диференціюватися в новий орган, тканину або організм, що володіє ДНК донора.

Зрілі еритроцити та епітеліальні клітини шкіри та кишечника схильні до зносу, травм та мутацій через відходи перевезення або контакту з токсинами навколишнього середовища. Не дивно, що клітини, які не мають ядра, відмирають швидше, ніж інші типи клітин. Відсутність ядра в таких клітинах є захисним фактором. Якби ці клітини мали ядро, ймовірність хромосомного пошкодження була б вищою і, можливо, фатальною організм, якщо йому дозволено ділитися та передавати небезпечні для життя мутації, викликаючи хвороби та пухлини.

Без ДНК клітини не могли б розмножуватися, що означало б вимирання виду. Зазвичай ядро ​​робить копії хромосомної ДНК, потім сегменти ДНК рекомбінують, а далі хромосоми діляться двічі, утворюючи чотири гаплоїдні клітини яйцеклітини або сперми. Помилки мейозу можуть призвести до клітин з відсутніми ДНК та спадкових захворювань.

Як і клітини тварин, клітини рослин мають ядро, укладене мембраною, що містить ДНК. Крім того, рослини містять хлорофіл, який вловлює сонячну енергію для використання у фотосинтезі та збиранні харчової енергії. У свою чергу, рослини виробляють їжу для решти харчової павутини. Рослини також покращують довкілля, виділяючи кисень і поглинаючи атмосферний вуглекислий газ.

Наявність ядра дозволяє рослинам відтворювати та підтримувати стабільність популяції. Якби рослини не мали ядра, що керує діяльністю клітини, вони не змогли б виробляти їжу. Отже, рослини відмирали б. У свою чергу, травоїдні тварини опинилися б під загрозою, якби їх джерело їжі було виключено.

Біорізноманіття є запорукою виживання видів для багатоклітинних організмів. Види рослин не можуть мігрувати до нового будинку, якщо кліматичні зміни або переносники хвороб раптово загрожують виживанню виду, ізольованого в певній місцевості. Завдяки рекомбінації генів у мейозі, генетичні зміни існують у популяціях, що робить певні рослини витривалішими та стійкішими завдяки їх унікальному геному. Незважаючи на те, що рослини одного типу на перший погляд можуть виглядати схожими, як правило, є невеликі, але суттєві відмінності, що спостерігаються у тренованого ока.

Наприклад, дві, здавалося б, однакові рослини, що ростуть поруч, можуть мати незначні коливання середнього розміру листя, живлення та структури коренів завдяки їх унікальному генотипу. Такі тонкі відмінності можуть бути корисними чи шкідливими, якщо змінюються умови навколишнього середовища. Наприклад, у періоди посухи рослини стикаються з вищими показниками випаровування води. Наприклад, рослини з сильно жилкуватими дрібними листками можуть бути більш придатними для виживання та розмноження в посушливих умовах.

Віруси можуть представляти серйозну загрозу для ДНК клітини-господаря. Вірус заражає свого господаря, вводячи молекули вірусної ДНК або РНК в клітину господаря. Вірусна ДНК наказує клітині виробляти копії вірусних білків, а не власних клітин, щоб створювати більше вірусів, які продовжують розмножуватися. Зрештою, клітина може лопнути і загинути, поширюючи віруси, які будуть ділитися знову і знову. Такі поширені захворювання, як вітряна віспа та грип, викликані вірусами, які не реагують на антибіотики.

Студенти, які вивчають клітинну та молекулярну біологію, повинні чітко розуміти роль і значення ДНК у всіх фазах клітинного циклу. Без ДНК живі організми не могли б рости. Крім того, рослини не могли ділитися шляхом мітозу, а тварини не могли обмінюватися генами через мейоз. Більшість клітин просто не були б клітинами без ДНК.

Зразки тестових питань:

Якщо його ядро ​​та ДНК відсутні, a клітина рослини не змогла б який з наступного?

1. Завершіть клітинний цикл.
2. Зростати більше.
3. Розділити на мітоз.
4. Все вищеперераховане.

Якщо його ядро ​​та ДНК відсутні, то клітина тварин не змогла б зробити який з наступного?

1. Завершіть клітинний цикл.
2. Зростати більше.
3. Поділити на мейоз.
4. Все вищеперераховане.