DNA u roślin
DNA jest materiałem dziedzicznym lub genetycznym, obecnym we wszystkich komórkach, który niesie informacje o strukturze i funkcji żywych istot.
W królestwie roślin DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, jest zawarty w strukturach komórkowych jądra komórkowego, mitochondriów i chloroplastów. DNA ma kilka właściwości, które są unikalne wśród cząsteczek chemicznych.
jest uniwersalny dla wszystkich organizmów żywych, mających tę samą strukturę i funkcję w każdym. Jest zdolny do powielania się w procesie znanym jako samo-replikacja. Ta właściwość umożliwia podział komórek, a tym samym ciągłość, wzrost i naprawę.
nosi w swojej strukturze kod genetyczny lub zestaw instrukcji do rozwoju i utrzymania komórek. W końcu ulega zmianom w strukturze chemicznej, zarówno z przyczyn środowiskowych, jak i wewnętrznych, zwanych mutacjami, które przyczyniają się do ewolucji, różnorodności i chorób.
struktura chemiczna
DNA jest prostą cząsteczką, składającą się z czterech nukleotydów. Każdy nukleotyd zawiera pięciowęglowy cukier (deoksyrybozę), fosforan i jedną z czterech możliwych zasad azotowych: podwójnie pierścieniowe puryny adeniny (a) i guaniny (G) oraz jedno pierścieniowe pirymidyny tyminy (T) i cytozyny (C).
większość właściwości DNA odnosi się do unikalnych wiązań, które tworzą się wśród nukleotydów: składniki cukrownicze wyrównują się liniowo, podczas gdy pierścienie azotu łączą się prostopadle.
struktura chemiczna
pierścienie azotowe dodatkowo wiążą się w bardzo specyficzny sposób:A zawsze para z T, A Galways para z C. Dnamolekuła pojawia się w ten sposób jako drabina, boki są cukrowo-fosforanowe; szczeble, pary A-T I G-C.
dalsze wiązanie i składanie tworzy strukturę w kształcie spiralnej drabiny, znaną jako podwójna spirala. Ta podwójna helisa jest zwarta w ropopodobne struktury znane jako chromosomy, które są widoczne pod mikroskopem świetlnym przed i podczas podziału komórki.
w codziennym życiu komórki DNA pojawia się jako nieodróżnialna ciemna masa zwana chromatyną (włącznie termin odnoszący się do DNA i białek, które się z nim wiążą, znajdujących się w jądrach komórek eukariotycznych).
Model Watsona i Cricka
W połowie XIX wieku Gregor Mendel, austriacki mnich, postulował istnienie materiału genetycznego. Odkrył prawa dziedziczności, używając grochu i innych roślin w swoim ogrodzie, aby zbadać dziedziczenie takich cech, jak kolor kwiatów.
minęło prawie siedemdziesiąt lat, zanim naukowcy James Watson i Francis Crick w 1953 roku zaproponowali podwójną helisę jako najbardziej wiarygodny model dla każdej z unikalnych właściwości cząsteczki. Ich model został wkrótce zweryfikowany technikami dyfrakcji rentgenowskiej.
kilku naukowców, pracujących na Uniwersytecie Columbia i w innych miejscach w Stanach Zjednoczonych, prowadziło drogę przed Watsonem i Crickiem, odkrywając skład chemiczny tego materiału genetycznego i parowanie Zasady azotowej: ilość adeniny zawsze była równa ilości tyminy i podobnie jak guanina i cytozyna.
Model Watsona i Cricka sugerował również, że dwie strony lub nici DNA biegną w przeciwnych kierunkach: to znaczy cukier fosforanowy jednej strony wskazuje w górę, podczas gdy druga nić wskazuje w dół.
ta właściwość jest znana jako Wiązanie antyrównoległe . Model Watsona i Cricka mógłby łatwo wyjaśnić, w jaki sposób DNA replikuje się podczas podziału komórki i jak informacja genetyczna jest zakodowana w jego strukturze.
Samoreplikacja
samoreplikacja, która umożliwia ciągłość pokoleń oraz wzrost i naprawę poszczególnych organizmów, zachodzi podczas podziału komórek. DNA musi być w stanie wytworzyć dokładne kopie samego siebie. Cząsteczka jest specjalnie zaprojektowana do tego: seria kroków zależnych od enzymów pozwala podwójnej helisie rozwinąć się lub rozpakować, jak Zamek błyskawiczny, oddzielając dwie nici.
następnie nukleotydy ze strawionego pokarmu wchodzą najpierw do komórki, a następnie do jądra. Wiążą się one z odpowiadającym im nukleotydem: A Z T I G Z C. proces trwa do momentu powstania dwóch nowych dwuniciowych cząsteczek DNA, z których każda jest kopią drugiej i każda przechodzi do nowych komórek, które powstały w wyniku podziału komórki.
synteza białek
informacje zakodowane w DNA pozwalają na cały rozwój i utrzymanie komórki i organizmu. Język tego kodu polega na liniowym odczycie sąsiednich nukleotydów na każdej nici. Co trzy nukleotydy określają lub pasują do konkretnego aminokwasu, poszczególnych jednostek białek.
druga cząsteczka, kwas rybonukleinowy (RNA), kopiuje strukturę molekularną DNA i przenosi informacje poza jądro do otaczającej cytoplazmy komórki,gdzie aminokwasy są montowane, w określonej kolejności, w celu wytworzenia białka.
modyfikacje poprodukcyjne tych białek, takie jak dodatek cukrów, tłuszczów lub metali, pozwalają na szeroki wachlarz różnorodności funkcjonalnej i strukturalnej. Roślinne kody DNA dla różnych substancji, które są unikalne dla roślin. Produkty te podtrzymują nie tylko same rośliny, ale także całe nisze ekologiczne, a także ludzkość.
mitochondrialny i Chloroplastyczny DNA
drugi, niezależnie działający zestaw DNA istnieje w dwóch organelach poza jądrem komórkowym, mitochondriach i chloroplastach. To właśnie w mitochondriach, źródłach energii komórek, gdzie węglowodany, tłuszcze i białka są rozkładane na surowe pierwiastki z uwolnieniem zmagazynowanej energii wiązania chemicznego w postaci ciepła (kalorii).
drugi region, w którym DNA mieści się poza jądrem, znajduje się w chloroplastie, strukturze unikalnej dla komórek roślinnych. W chloroplastach zachodzi fotosynteza, proces, w którym rośliny są w stanie przekształcić dwutlenek węgla, wodę i energię słoneczną w celu wytworzenia cukrów, a później tłuszczów i białek, z uwalnianiem tlenu. Ten krytyczny proces podejmowany przez rośliny podtrzymuje większość życia na ziemi.
zarówno mitochondrialny, jak i chloroplastyczny DNA replikują się oddzielnie od DNA jądrowego podczas podziału komórki. Postuluje się, że te organelle kiedyś, miliardy lat temu, mogły być niezależnie organizmami żywymi, które zostały włączone do innych komórek, tworząc komórki eukariotyczne, które tworzą niebakteryjne formy życia, takie jak grzyby, protisty, Rośliny i zwierzęta.
białka roślinne
duża gama białek, które są unikalne dla roślin, jest kodowana w DNA roślin. Grupa, która otrzymała wiele uwagi, to tak zwane fitochemikalia, substancje o potężnych korzyściach zdrowotnych. Dobrze zbadane klasy są nieliczne, w tym flawonoidy, fitosterole, karotenoidy, indole, kumaryny, sulfury organowe, terpeny, saponiny, lignany i izotiocyjaniany.
każda grupa zawiera specyficzne białka, które są zarówno przeciwutleniaczami, jak i przeciwnowotworami chroniącymi komórki zwierzęce przed czynnikami rakotwórczymi. Karotenoidy, takie jak beta-karoten, Znalezione w pomarańczowych i żółtych owocach i warzywach, oraz likopeny, Znalezione w pomidorach, wydają się chronić zwierzęta przed chorobami serca i udarem mózgu, a także rakiem.
fitosterole, takie jak te znajdujące się w soi, są związkami podobnymi do estrogenów, które naśladują żeńskie hormony. Te wydają się chronić żeńskie narządy przed nowotworami, a także wydają się obniżać poziom cholesterolu.
hormony roślinne
duże segmenty DNA roślin są przeznaczone do kodowania wyspecjalizowanych hormonów roślinnych. Hormony są substancjami, które są wytwarzane przez jedną grupę komórek, krążą do innego miejsca i wpływają na DNA komórek docelowych. W roślinach hormony te kontrolują podział komórek, wzrost i różnicowanie.
istnieje pięć dobrze opisanych klas hormonów roślinnych: auksyny, gibereliny, cytokininy, etylen i kwas abscysynowy. Wśród funkcji auksyny jest umożliwienie fototropizmu, właściwość, która sprawia, że rośliny zginają się w kierunku światła.
wytwarzane w korzeniach auksyny podróżują do łodyg, powodując wydłużenie komórek po ciemnej stronie tkanki roślinnej. Etylen jest gazową substancją, która dojrzewa owoce i powoduje ich opadanie z rośliny. Kwas abscysynowy przyczynia się do starzenia się i opadania liści.
rośliny modyfikowane genetycznie
ponieważ rośliny są łatwe do manipulowania, DNA roślin jest drugim po DNA bakterii jako podstawowy obiekt doświadczalny dla bioinżynierów. Bezpośrednia modyfikacja DNA poprzez dodanie lub usunięcie określonego segmentu genów kodujących określone cechy jest przedmiotem zainteresowania bioinżynierii i biotechnologii.
ponieważ rośliny stanowią główne źródło pożywienia dla populacji ludzi i zwierząt gospodarskich, opracowano genetycznie zmodyfikowaną żywność, która jest odporna na owady, bakterie, wirusy i inne szkodniki oraz zmniejsza zapotrzebowanie na zewnętrzne pestycydy.
genetycznie zmodyfikowane rośliny roślinne mają na celu zwiększenie różnorodności cech, od dobrego wyglądu i smaku do szybszego wzrostu lub wolniejszego dojrzewania do braku nasion.
wprowadzenie genów z innych królestw, takich jak królestwo zwierząt, Do dna roślin pozwala naukowcom na rozwój przyszłych upraw, które mogą zawierać ludzkie szczepionki, ludzkie hormony i inne produkty farmaceutyczne.
pomidor był pierwszym zatwierdzonym przez Federację bioinżynieryjnym pokarmem sprzedawanym w Stanach Zjednoczonych . Dziś dziesiątki produktów i paszy dla zwierząt są w jakiś sposób genetycznie modyfikowane.