DNA kasveissa
DNA on kaikissa soluissa esiintyvä perinnöllinen eli geneettinen materiaali, joka kuljettaa tietoa elollisten rakenteesta ja toiminnasta.
kasvikunnassa DNA eli deoksiribonukleiinihappo on tuman, mitokondrioiden ja kloroplastien kalvoihin sitoutuneiden solurakenteiden sisällä. DNA: lla on useita ominaisuuksia, jotka ovat ainutlaatuisia kemiallisten molekyylien joukossa.
se on universaali kaikille eläville organismeille, joilla on sama rakenne ja tehtävä jokaisessa. Se kykenee toistamaan itseään prosessissa, jota kutsutaan itsereplikaatioksi. Tämä ominaisuus mahdollistaa solujen jakautumisen ja siten jatkuvuuden, kasvun ja korjaamisen.
Se kantaa rakenteessaan geneettistä koodia eli ohjeita solujen kehittämiseen ja ylläpitoon. Lopuksi sen kemiallinen rakenne muuttuu sekä ympäristö-että sisäisistä syistä, joita kutsutaan mutaatioiksi, jotka edistävät evoluutiota, monimuotoisuutta ja sairauksia.
kemiallinen rakenne
DNA on yksinkertainen molekyyli, joka koostuu neljästä nukleotidista. Jokaisessa nukleotidissa on viisihiilinen sokeri (deoksiriboosi), fosfaatti ja yksi neljästä mahdollisesta typpiemäksestä: adeniinin (A) ja guaniinin (G) kaksois-rengastetut puriinit sekä tymiinin (T) ja sytosiinin (C) yksirenkaiset pyrimidiinit.
suurin osa DNA: n ominaisuuksista liittyy nukleotidien joukossa muodostuviin ainutlaatuisiin sidoksiin: sokerifosfaattikomponentit järjestäytyvät lineaarisesti, kun taas typpirenkaat sitoutuvat kohtisuorasti.
kemiallinen rakenne
typpirenkaat sitoutuvat edelleen hyvin spesifisesti:A parittaa aina T: n kanssa ja Galways parittaa C: n kanssa.Dnamolekule näyttäytyy siten tikapuuna, jonka sivut ovat sokeri-fosfaatti; puolat, a-T ja G-C-parit.
edelleen liimaamalla ja taittamalla saadaan aikaan spiraalitikkaiden muotoinen rakenne, joka tunnetaan kaksoiskierteenä. Tämä kaksoiskierre on pakattu tiiviisti kromosomeiksi kutsuttuihin ropelimaisiin rakenteisiin, jotka näkyvät valomikroskoopilla ennen solunjakautumista ja sen aikana.
solun päivittäisessä elämässä DNA esiintyy erottamattomana tummana massakutsukromatiinina (inklusiivinen termi, joka viittaa eukaryoottisten solujen Tumiin ja siihen sitoutuviin proteiineihin).
Watsonin ja Crickin malli
1800-luvun puolivälissä itävaltalainen munkki Gregor Mendel arveli geneettisen materiaalin olevan olemassa. Hän löysi perinnöllisyyslait käyttämällä hernettä ja muita kasveja puutarhassaan tutkiakseen sellaisten ominaisuuksien kuin kukkien värin periytymistä.
kului lähes seitsemänkymmentä vuotta ennen kuin tutkijat James Watson ja Francis Crick vuonna 1953 ehdottivat kaksoiskierteen olevan uskottavin malli kullekin molekyylin ainutlaatuiselle ominaisuudelle. Heidän mallinsa varmistettiin Röntgendiffraktiotekniikalla pian tämän jälkeen.
useat tutkijat, jotka työskentelivät Columbian yliopistossa ja muualla Yhdysvalloissa, olivat johtaneet tietä ennen Watsonia ja Crickiä löytämällä tämän geneettisen materiaalin kemiallisen koostumuksen ja typpipitoisen emäsparin: adeniinin määrä vastasi aina tymiinin määrää ja saman verran guaniinia ja sytosiinia.
Watsonin ja Crickin malli esitti myös, että DNA: n kaksi sivua eli juostetta kulkevat vastakkaisiin suuntiin: toisin sanoen toisen sivun fosfaattisokeri osoittaa ylöspäin, kun taas toisen juosteen toinen juoste osoittaa alaspäin.
Tämä ominaisuus tunnetaan nimellä antiparallel-sidos. Watsonin ja Crickin malli voisi helposti selittää, miten DNA monistuu solunjakautumisen aikana ja miten geneettinen informaatio koodataan sen rakenteeseen.
Itsereplikaatio
itsereplikaatio, joka mahdollistaa sukupolvien jatkuvuuden ja yksittäisten eliöiden kasvun ja korjaantumisen, tapahtuu solunjakautumisen aikana. DNA: n on kyettävä tuottamaan itsestään tarkkoja kopioita. Molekyyli on suunniteltu tähän ainutlaatuisesti:entsyymivälitteisten vaiheiden sarja mahdollistaa kaksoiskierteen avautumisen tai avautumisen, kuten vetoketju, joka erottaa kaksi säikeistä.
seuraavaksi pilkkoutuneen ruoan nukleotidit menevät ensin soluun ja sitten tumaan. Ne sitoutuvat vastaavaan nukleotidiin: A: han T: n kanssa ja G C: n kanssa.prosessi jatkuu, kunnes on muodostunut kaksi uutta kaksijuosteista DNA-molekyyliä, joista kumpikin on kopio toisesta ja jotka menevät uusiin soluihin, jotka ovat syntyneet solunjakautumisesta.
proteiinisynteesi
DNA: han koodattu informaatio mahdollistaa solun ja eliön kaiken kehityksen ja ylläpidon. Tämän koodin kieli on vierekkäisten nukleotidien lineaarinen lukema kussakin säikeessä. Joka kolmas nukleotidi määrittää tai sopii tiettyyn aminohappoon, proteiinien yksittäisiin yksiköihin.
toinen molekyyli, ribonukleiinihappo (RNA), kopioi DNA: n molekyylirakenteen ja tuo tuman ulkopuolisen informaation solun ympäröivään sytoplasmaan,jossa aminohapot kootaan määrätyssä järjestyksessä tuottamaan proteiinia.
näiden proteiinien tuotannon jälkeiset modifikaatiot, kuten sokerien, rasvojen tai metallien lisääminen, mahdollistavat laajan kirjon toiminnallista ja rakenteellista monimuotoisuutta. Kasvien DNA koodaa erilaisia aineksia, jotka ovat ainutlaatuisia kasveille. Nämä tuotteet ylläpitävät paitsi itse kasveja, myös kokonaisia ekologisia lokeroita sekä ihmiskuntaa.
mitokondrion ja Kloroplastisen DNA:n
toinen, itsenäisesti toimiva DNA: n joukko on olemassa kahdessa solun tuman ulkopuolisessa elimessä, mitokondriossa ja kloroplastissa. Se on mitokondrioissa, solujen voimanlähteissä, joissa hiilihydraatit, rasvat ja proteiinit hajoavat raaka-aineisiinsa varastoidun kemiallisen sidosenergian vapautuessa lämmön (kaloreiden) muodossa.
toinen alue, jossa DNA sijaitsee tuman ulkopuolella, on kloroplastissa, joka on kasvisoluille ominainen rakenne. Kloroplasteissa tapahtuu fotosynteesi, jonka avulla kasvit pystyvät hapen vapautuessa muuntamaan hiilidioksidia, vettä ja aurinkoenergiaa sokereiksi ja myöhemmin rasvoiksi ja proteiineiksi. Tämä kasvien käynnistämä kriittinen prosessi ylläpitää suurinta osaa elämästä maapallolla.
sekä mitokondriaalinen että kloroplastinen DNA monistuvat erillään ydin-DNA: sta solunjakautumisen aikana. Oletetaan, että nämä organellit ovat joskus miljardeja vuosia sitten saattaneet olla itsenäisesti eläviä organismeja, jotka ovat liittyneet toisiin soluihin muodostaen eukaryoottisoluja, jotka muodostavat ei-bakteerisia eliöitä, kuten sieniä, protisteja, kasveja ja eläimiä.
kasviproteiinit
suuri joukko kasveille ominaisia proteiineja koodataan kasvien DNA: han. Ryhmä, joka on saanut paljon huomiota, ovat niin kutsutut fytokemikaalit, aineet, joilla on voimakkaita terveyshyötyjä. Hyvin tutkittu luokat ovat muutamia, mukaan lukien flavonoidit, fytosterolit, karotenoidit, indolit, kumariinit, organosulfurs, terpeenit, saponiinit, lignaanit, ja isotiosyanaatit.
jokainen ryhmä sisältää spesifisiä proteiineja, jotka ovat sekä antioksidantteja että syöpäsoluja syöpää aiheuttavilta aineilta suojaavia antikarsinogeeneja. Karotenoidit, kuten beetakaroteeni, jota on oransseissa ja keltaisissa hedelmissä ja vihanneksissa, ja lykopeenit, joita on tomaateissa, näyttävät suojaavan eläimiä sydäntaudeilta ja aivohalvaukselta sekä syövältä.
soijapavuissa esiintyvät fytosterolit ovat estrogeenin kaltaisia yhdisteitä, jotka jäljittelevät naishormoneja. Nämä näyttävät suojaavan naisen elimiä syöviltä ja näyttävät myös alentavan kolesterolia.
kasvihormonit
suuri osa kasvien DNA: ta on omistettu erikoistuneiden kasvihormonien koodaamiseen. Hormonit ovat aineita, joita yksi soluryhmä tuottaa, kiertää toiseen paikkaan ja vaikuttaa kohdesolujen DNA: han. Kasveissa nämä hormonit säätelevät solujen jakautumista, kasvua ja erilaistumista.
on viisi hyvin kuvattua kasvihormoniluokkaa: auksiinit, gibberelliinit, sytokiniinit, etyleeni ja abskisiinihappo. Auksiinien tehtäviin kuuluu muun muassa fototropismin salliminen, ominaisuus, joka saa kasvit taipumaan valoa kohti.
juurissa tuotetut auksiinit kulkevat varsiin, jolloin solut venyvät kasvikudoksen pimeällä puolella. Etyleeni on kaasumainen aine, joka kypsyttää hedelmiä ja saa ne putoamaan kasvista. Abskissihappo edistää lehtien vanhenemista ja putoamista.
geneettisesti muunnetut kasvit
koska kasveja on helppo manipuloida, kasvi-DNA jää toiseksi vain bakteeri-DNA: n jälkeen biotekniikan ensisijaisena kokeellisena kohteena. DNA: n suora muokkaaminen lisäämällä tai poistamalla tietty geenijakso, joka koodaa tiettyjä ominaisuuksia, on biotekniikan ja biotekniikan painopiste.
koska kasvit ovat ihmis-ja kotieläinpopulaatioiden tärkein ravinnonlähde, on kehitetty muuntogeenisiä elintarvikkeita, jotka vastustavat hyönteisiä, bakteereja, viruksia ja muita tuholaisia ja vähentävät ulkoisten torjunta-aineiden tarvetta.
muuntogeeniset kasviviljelmät on suunniteltu parantamaan erilaisia ominaisuuksia, jotka vaihtelevat hyvänmakuisesta ja näyttävästä nopeampaan kasvuun tai hitaammin kypsyvään siemenettömyyteen.
muiden kuningaskuntien, kuten eläinkunnan, geenien kulkeutuminen kasvien DNA: han antaa tutkijoille mahdollisuuden kehittää tulevaisuuden viljelykasveja, jotka saattavat sisältää ihmisen rokotteita, ihmisen hormoneja ja muita farmaseuttisia tuotteita.
tomaatti oli ensimmäinen liittovaltion hyväksymä biovalmisteinen elintarvike, jota myytiin Yhdysvalloissa. Nykyään kymmenet tuotantoerät ja karjan rehut ovat jollain tavalla geenimuunneltuja.