Zawartość
Odkąd James Watson i Francis Crick ujawnili strukturę DNA, została przyjęta jako cząsteczka dziedziczności. Przed ich odkryciem społeczność naukowa zachowała pewien sceptycyzm co do tego, że DNA było odpowiednie, ponieważ rola DNA jest czterokrotnie i wydawało się, że cząsteczka jest zbyt prosta do spełnienia tych czterech niezbędnych funkcji: replikacji, kodowania, zarządzania komórkami i zdolności do mutacji .
Unikalna struktura DNA pozwala mu spełniać wszystkie te funkcje.
Elementy składowe DNA
DNA jest skrótem od kwasu dezoksyrybonukleinowego. Składa się z czterech zasad azotowych, w skrócie A, C, G i T. Zasady te tworzą dwie nici i łączą się w podwójną helisę.
A zawsze wiąże się z T w jednej nici, a C zawsze wiąże się z G w drugiej, co jest nazywane komplementarną zasadą parowania zasad.
Replikacja
Jednym z celów DNA jest replikacja. Oznacza to, że nić DNA tworzy kopię samego siebie. Dzieje się tak podczas podziału komórkowego i w ten sposób DNA przekazuje odziedziczone cechy następnemu zestawowi komórek.
Podczas replikacji DNA podwójna helisa rozwija się, tworząc dwa pojedyncze pasma. Kiedy dwie nici DNA zostaną rozdzielone, a nowa nić zostanie pomyślnie zbudowana, użyje wzoru istniejącej nici do skonstruowania dokładnej kopii.
Czasami z różnych powodów replikacja nie daje dokładnej kopii. Jest to określane jako mutacja DNA. Mutacje mają kluczowe znaczenie dla ewolucji, ponieważ pozwalają organizmom rozwijać adaptacje, które mogą pomóc im przetrwać w zmieniającym się środowisku.
Jednak mutacje DNA u ludzi mogą również prowadzić do tego, że rodzice nieświadomie przekazują dzieciom określone warunki genetyczne, w tym mukowiscydozę, chorobę Tay-Sachsa i anemię sierpowatą.
Kodowanie
Kodowanie to kolejna funkcja DNA. Praca każdej komórki jest wykonywana przez białka, więc jedną z ról DNA jest budowanie odpowiednich białek dla każdej komórki. DNA pełni tę rolę, ponieważ zawiera sekcje o trzech podstawach - zwane kodonami - które kierują tworzeniem się białek.
Na długim odcinku DNA każdy kodon zawiera informacje, które kierują zgrupowaniem jednego aminokwasu na białku. Różne kodony odpowiadają złożeniu innego aminokwasu na białku, więc cały odcinek DNA o danej sekwencji zasad zbuduje określone białko.
Zarządzanie komórkowe
W organizmach wielokomórkowych pojedyncza zapłodniona komórka, zygota, dzieli się i powiela wiele razy, aby stworzyć całą żywą istotę. Każda komórka ma dokładnie ten sam materiał genetyczny, ale różne komórki rozwijają się w różny sposób.
Oznacza to, że w procesie zwanym różnicowaniem komórek niektóre komórki budują właściwe białka, aby stać się komórkami wątroby, a inne komórkami skóry, innymi komórkami żołądka. Ponadto komórki muszą zmieniać sposób działania w miarę zmiany warunków. Na przykład komórki żołądka muszą wytwarzać więcej hormonów trawiennych i enzymów, gdy jest obecny pokarm.
DNA robi to poprzez sygnały, które włączają i wyłączają produkcję białek biorących udział w trawieniu. To samo dzieje się, gdy komórki się różnicują: sygnały wyzwalają odpowiedni poziom produkcji białka, aby utworzyć odpowiednią komórkę.
Możliwość mutacji
Ewolucja to zmiana cech w miarę powstawania pokoleń organizmu. Ewolucja zachodzi w małych skalach w organizmie - takich jak zmiany koloru skóry lub włosów u ludzi - a także w dużych skalach - takich jak tworzenie szerokiej gamy życia na Ziemi z wczesnego jednokomórkowego organizmu.
Może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy cząsteczka genetyczna może się zmienić, może mutować. Gdy DNA ulega replikacji, tworząc komórki jajowe i plemniki, zmiany mogą wkradać się na kilku poziomach.
Jednym ze sposobów są zmiany jednopunktowe, które dodają, odejmują lub zmieniają istniejącą sekwencję. Inne zmiany zachodzą, gdy cząsteczki DNA krzyżują się, zmieniając układ genów na każdej z dwóch skrzyżowanych nici DNA.