DNA i växter
DNA är det ärftliga eller genetiska materialet, som finns i alla celler, som bär information om levande sakers struktur och funktion.
i växtriket finns DNA eller deoxiribonukleinsyra i de membranbundna cellstrukturerna i kärnan, mitokondrier och kloroplaster. DNA har flera egenskaper som är unika bland kemiska molekyler.
det är universellt för alla levande organismer, som har samma struktur och funktion i var och en. Den kan reproducera sig själv i en process som kallas självreplikation. Denna egenskap tillåter celldelning, och därmed kontinuitet, tillväxt och reparation.
den bär i sin struktur den genetiska koden eller uppsättningen instruktioner för cellulär utveckling och underhåll. Slutligen genomgår den förändringar i kemisk struktur, från både miljömässiga och interna orsaker, kallade mutationer, som bidrar till evolution, mångfald och sjukdom.
kemisk struktur
DNA är en enkel molekyl som består av fyra nukleotider. Varje nukleotid har ett femkolssocker (deoxiribos), ett fosfat och en av fyra möjliga kvävebaser: de dubbelringade purinerna av adenin (a) och guanin (G) och de enkelringade pyrimidinerna av tymin (T) och cytosin (C).
de flesta egenskaperna hos DNA relaterar till de unika bindningarna som bildas bland nukleotiderna: sockerfosfatkomponenterna anpassar sig linjärt, medan kväveringarna binder vinkelrätt.
kemisk struktur
kväveringarna binds ytterligare på ett mycket specifikt sätt:a parar alltid med T och Galways par med C. Dnamolekylen framträder således som en stege, sidorna är sockerfosfat; stegpinnarna, a-t-och G-C-paren.
ytterligare bindning och vikning ger en struktur formad som en spiralstege, känd som en dubbel helix. Denna dubbla helix är kompakt förpackad i ropelike strukturer som kallas kromosomer, som är synliga under ett ljusmikroskop före och under celldelning.
under cellens dagliga liv framträder DNA som ett oskiljbart mörkt massanropkromatin (en inkluderande term som hänvisar till DNA och proteinerna som binder till det, belägna i kärnorna i eukaryota celler).Watson och Crick-modellen i mitten av 1800-talet Gregor Mendel, en österrikisk munk, postulerade att genetiskt material existerade. Han upptäckte arvslagen med hjälp av ärten och andra växter i sin trädgård för att studera arvet av sådana egenskaper som blomfärg.
nästan sjuttio år gick innan forskarna James Watson och Francis Crick 1953 föreslog dubbelhelixen som den mest troliga modellen för var och en av molekylens unika egenskaper. Deras modell verifierades med Röntgendiffraktionstekniker strax efteråt.
flera forskare, som arbetade vid Columbia University och på andra håll i USA, hade lett vägen före Watson och Crick genom att upptäcka den kemiska sammansättningen av detta genetiska material och kvävebasparningen: mängden adenin motsvarade alltid tymin och lika vis med guanin och cytosin. Watson och Crick-modellen föreslog också att de två sidorna eller strängarna av DNA löper i motsatta riktningar: det vill säga fosfatsockret på ena sidan pekar uppåt, medan den andra strängen pekar nedåt.
den här egenskapen är känd som antiparallell bindning. Watson och Crick-modellen kan enkelt förklara hur DNA replikerar under celldelning och hur genetisk information kodas i sin struktur.
självreplikation
självreplikation, som möjliggör kontinuitet i generationer och tillväxt och reparation av enskilda organismer, sker under celldelning. DNA måste kunna producera exakta kopior av sig själv. Molekylen är unikt utformad för detta: en serie enzymmedierade steg gör att dubbelhelixen kan varva ner eller packa upp, som en dragkedja, som skiljer de två trådarna.
därefter kommer nukleotider från digererad mat först in i cellen och sedan kärnan. De binder till en motsvarande nukleotid: A med T och G med C. processen fortsätter tills två nya dubbelsträngade DNA-molekyler har bildats, var och en en kopia av den andra och var och en går in i de nya cellerna som resulterade från celldelning.
proteinsyntes
informationen kodad i DNA möjliggör all utveckling och underhåll av cellen och organismen. Språket i denna kod ligger i en linjär avläsning av intilliggande nukleotider på varje sträng. Varje tre nukleotider specificerar eller passar en viss aminosyra, de enskilda enheterna av proteiner.
en andra molekyl, ribonukleinsyra (RNA), kopierar DNA: s molekylära struktur och bringar informationen utanför kärnan in i cellens omgivande cytoplasma,där aminosyrorna samlas i specificerad ordning för att producera ett protein.
efterproduktionsmodifieringar av dessa proteiner, såsom tillsats av sockerarter, fetter eller metaller, tillåter ett brett spektrum av funktionell och strukturell mångfald. Växt-DNA-koder för en mängd olika ämnen som är unika för växter. Dessa produkter upprätthåller inte bara växterna själva utan också hela ekologiska nischer, såväl som mänskligheten.
mitokondriellt och Kloroplastiskt DNA
en andra, oberoende fungerande uppsättning DNA finns i två organeller utanför cellens kärna, mitokondrier och kloroplast. Det är i mitokondrier, kraftkällorna för celler, där kolhydrater, fetter och proteiner bryts ner till sina råa element med frisättning av lagrad kemisk bindningsenergi i form av värme (kalorier).
den andra regionen där DNA är inrymt utanför kärnan är i kloroplasten, en struktur som är unik för växtceller. I kloroplaster sker fotosyntes, processen genom vilken växter kan omvandla koldioxid, vatten och solenergi för att producera sockerarter och senare fetter och proteiner, med frisättning av syre. Denna kritiska process som utförs av växter upprätthåller det mesta livet på jorden.
både mitokondriellt och kloroplastiskt DNA replikeras separat från nukleärt DNA under celldelning. Det antas att dessa organeller en gång för miljarder år sedan kan ha varit självständigt levande organismer som införlivades i andra celler för att bilda de eukaryota cellerna som utgör icke-bakteriella livsformer som svampar, protister, växter och djur.
växtproteiner
ett stort antal proteiner som är unika för växter kodas på växt-DNA. En grupp som har fått mycket uppmärksamhet är de så kallade fytokemikalierna, ämnen med kraftfulla hälsofördelar. Väl studerade klasser är få, inklusive flavonoider, fytosteroler, karotenoider, indoler, kumariner, organosulfurer, terpener, saponiner, lignaner och isotiocyanater.
varje grupp innehåller specifika proteiner som är både antioxidanter och anticarcinogener som skyddar djurceller från cancerframkallande ämnen. Karotenoiderna, såsom betakaroten, som finns i orange och gula frukter och grönsaker, och lykopener, som finns i tomater, verkar skydda djur mot hjärtsjukdomar och stroke samt cancer.
fytosterolerna, som de som finns i sojabönor, är östrogenliknande föreningar som efterliknar kvinnliga hormoner. Dessa verkar skydda kvinnliga organ från cancer och verkar också sänka kolesterolet.
växthormoner
stora segment av växt-DNA ägnas åt kodning för specialiserade växthormoner. Hormoner är ämnen som produceras av en grupp celler, cirkulerar till en annan plats och påverkar MÅLCELLERNAS DNA. I växter kontrollerar dessa hormoner celldelning, tillväxt och differentiering.
det finns fem väl beskrivna klasser av växthormoner: auxiner, gibberelliner, cytokininer, eten och abscisinsyra. Bland auxins funktioner tillåter fototropism, egenskapen som gör att växter böjer sig mot ljuset. produceras i rötterna, auxiner reser till stjälkar, vilket gör att cellerna förlängs på den mörka sidan av växtvävnaden. Etylen är en gasformig substans som mognar frukter och får dem att släppa från växten. Abscisinsyra bidrar till åldrande och fallande löv.
genetiskt modifierade växter
eftersom växter är lätta att manipulera är växt-DNA näst efter bakteriellt DNA som ett primärt experimentellt ämne för bioingenjörer. Den direkta modifieringen av DNA genom att lägga till eller ta bort ett visst segment av gener som kodar för specifika egenskaper är fokus för bioengineering och bioteknik. eftersom växter utgör den viktigaste livsmedelskällan för människor och boskapspopulationer har genetiskt modifierade livsmedel utvecklats som motstår insekter, bakterier, virus och andra skadedjur och minskar behovet av externa bekämpningsmedel.
genetiskt modifierade växtgrödor är utformade för att förbättra en mängd olika egenskaper, från att se och smaka bra till att växa snabbare eller mogna långsammare till att inte ha några frön.
införandet av gener från andra riken, såsom djurriket, i växt-DNA tillåter forskare att utveckla framtida grödor som kan innehålla humana vacciner, humana hormoner och andra läkemedelsprodukter.
en tomat var den första federalt godkända bioengineered maten som såldes i USA. Idag är dussintals produkter och djurfoder på något sätt genetiskt modifierade.