\nChc\u0105c chroni\u0107 bior\u00f3\u017cnorodno\u015b\u0107 otaczaj\u0105cego nas \u015bwiata, musimy najpierw pozna\u0107 i zrozumie\u0107 mechanizmy, kt\u00f3re odpowiadaj\u0105 za ci\u0105g\u0142o\u015b\u0107 \u017cycia na Ziemi. Funkcjonowanie \u015bwiata \u017cywego, poznanie rz\u0105dz\u0105cych nim praw i mechanizm\u00f3w to wyzwania, z kt\u00f3rymi borykali si\u0119 m.in. filozofowie, przyrodnicy, fizycy czy matematycy. Wielu z nich poszukiwa\u0142o struktury odpowiadaj\u0105cej za przekazywanie informacji o cechach danego osobnika. To, \u017ce musi takowa struktura istnie\u0107, by\u0142o oczywiste. \u015awiadczy\u0142o o tym chocia\u017cby podobie\u0144stwo dzieci do rodzic\u00f3w czy dziadk\u00f3w. O wadze tych bada\u0144 i znaczeniu dla ludzko\u015bci \u015bwiadcz\u0105 licznie przyznane Nagrody Nobla, w tym za odkrycie roli poszczeg\u00f3lnych struktur kom\u00f3rkowych i cz\u0105steczek oraz za odszyfrowanie kodu genetycznego.<\/p>\n<\/blockquote>\n
Karol Libelt powiedzia\u0142, \u017ce \u201eNar\u00f3d \u017cyje, dop\u00f3ki j\u0119zyk jego \u017cyje, bez j\u0119zyka nie ma narodu\u201d[1]<\/span><\/a>. Parafrazuj\u0105c te s\u0142owa w odniesieniu do otaczaj\u0105cych nas organizm\u00f3w \u017cywych, dop\u00f3ki zachowane jest przekazywanie informacji genetycznej na kolejne pokolenia i trwa kod genetyczny, dop\u00f3ty \u017cyj\u0105 osobniki danego gatunku i dop\u00f3ty \u017cycie trwa na Ziemi. Z tego te\u017c wzgl\u0119du poznanie i zrozumienie mechanizm\u00f3w, wed\u0142ug kt\u00f3rych informacja genetyczna jest przekazywana kolejnym pokoleniom, jest istotnym zagadnieniem, r\u00f3wnie\u017c dla wsp\u00f3\u0142czesnych badaczy. Celem niniejszego artyku\u0142u jest przedstawienie czytelnikowi wiedzy na temat funkcjonowania kom\u00f3rek widzianej z perspektywy biologii molekularnej poprzez nakre\u015blenie og\u00f3lnego zarysu opisywanych proces\u00f3w zwi\u0105zanych z przekazywaniem informacji genetycznej.<\/p>\n
<\/p>\n
Informacja genetyczna \u2013 lokalizacja w kom\u00f3rce<\/h5>\n
Niezale\u017cnie od tego czy obiektem rozwa\u017ca\u0144 b\u0119dzie r\u00f3\u017ca, d\u0105b, delfin, pszczo\u0142a czy cz\u0142owiek, ka\u017cdy \u017cywy organizm zbudowany jest z kom\u00f3rek. Kom\u00f3rka jest najmniejsz\u0105 strukturaln\u0105 i funkcjonaln\u0105 jednostk\u0105 ka\u017cdego \u017cywego organizmu, a podstawowym jej budulcem s\u0105 bia\u0142ka. Bia\u0142ka zbudowane s\u0105 z szeregu po\u0142\u0105czonych ze sob\u0105 zwi\u0105zk\u00f3w chemicznych, zwanych aminokwasami. Pojedyncza kom\u00f3rka zdolna jest do prowadzenia wszystkich podstawowych proces\u00f3w metabolicznych, takich jak przemiana materii, wzrost czy podzia\u0142y kom\u00f3rkowe, w\u0142a\u015bnie dzi\u0119ki obecno\u015bci i zaanga\u017cowaniu bia\u0142ek. Kom\u00f3rki ro\u015blin i zwierz\u0105t r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 budow\u0105, ale zr\u00f3\u017cnicowanie tych struktur obserwujemy r\u00f3wnie\u017c w obr\u0119bie tego samego organizmu. Wystarczy por\u00f3wna\u0107 budow\u0119 kom\u00f3rek tworz\u0105cych ludzkie cia\u0142o: np. kom\u00f3rki tkanki nerwowej z kom\u00f3rkami tkanki nab\u0142onka czy kom\u00f3rk\u0105 tkanki mi\u0119\u015bniowej poprzecznie pr\u0105\u017ckowanej serca. Jednak\u017ce, pomimo r\u00f3\u017cnic w budowie, w ka\u017cdej z kom\u00f3rek zwierz\u0119cej czy ro\u015blinnej mo\u017cna wyr\u00f3\u017cni\u0107 podstawowe elementy sk\u0142adowe. Nale\u017c\u0105 do nich b\u0142ona kom\u00f3rkowa, cytoplazma oraz organelle kom\u00f3rkowe, w tym m.in. j\u0105dro kom\u00f3rkowe, mitochondrium, rybosomy czy chloroplasty (w kom\u00f3rkach ro\u015blinnych). Ka\u017cda z organelli kom\u00f3rkowych pe\u0142ni \u015bci\u015ble okre\u015blon\u0105 funkcj\u0119. B\u0142ona kom\u00f3rkowa – p\u00f3\u0142przepuszczalny tw\u00f3r bia\u0142kowo-lipidowy – ogranicza obj\u0119to\u015b\u0107 kom\u00f3rki, stanowi ochron\u0119 przed wnikaniem z zewn\u0105trz szkodliwych substancji, warunkuje wyst\u0119powanie oddzia\u0142ywa\u0144 mi\u0119dzykom\u00f3rkowych i utrzymuje odpowiedni potencja\u0142 osmotyczny. W b\u0142onie kom\u00f3rkowej wyst\u0119puj\u0105 tzw. bia\u0142ka b\u0142onowe, kt\u00f3re umieszczone s\u0105 zar\u00f3wno po stronie wewn\u0119trznej, zewn\u0119trznej jak i transb\u0142onowo. Bia\u0142ka te uczestnicz\u0105 w wymianie jonowej, transporcie wielkocz\u0105steczkowych substancji, jak r\u00f3wnie\u017c przekazywaniu sygna\u0142\u00f3w z i do wn\u0119trza kom\u00f3rki. Cytoplazma jest \u015brodowiskiem reakcji zachodz\u0105cych w kom\u00f3rce. Ten wodny roztw\u00f3r bia\u0142ek oraz substancji nieorganicznych wype\u0142nia wn\u0119trze kom\u00f3rki. Najwa\u017cniejszym elementem kom\u00f3rki jest j\u0105dro kom\u00f3rkowe. Jest to g\u0142\u00f3wne centrum dowodzenia wszystkich proces\u00f3w zachodz\u0105cych w kom\u00f3rce, w tym podzia\u0142\u00f3w kom\u00f3rki. To w obr\u0119bie j\u0105dra kom\u00f3rkowego, otoczonego podw\u00f3jn\u0105 b\u0142on\u0105 lipidowo-bia\u0142kow\u0105, przechowywany jest materia\u0142 genetyczny. Wa\u017cnymi strukturami kom\u00f3rkowymi s\u0105 r\u00f3wnie\u017c mitochondria i chloroplasty. S\u0105 to autonomiczne, cz\u0119\u015bciowo niezale\u017cne od j\u0105dra kom\u00f3rkowego struktury kom\u00f3rkowe. Ich autonomia wynika z obecno\u015bci w nich materia\u0142u genetycznego, co skutkuje mo\u017cliwo\u015bci\u0105 produkcji niekt\u00f3rych bia\u0142ek, niezale\u017cnie od informacji genetycznej zawartej w j\u0105drze kom\u00f3rkowym. Mitochondria dzi\u0119ki zachodz\u0105cym w nim procesom oddychania kom\u00f3rkowego dostarczaj\u0105 kom\u00f3rce energii. Chloroplasty (nie wyst\u0119puj\u0105 w kom\u00f3rce zwierz\u0119cej) odpowiadaj\u0105 za przebieg procesu fotosyntezy, w kt\u00f3rym zwi\u0105zki organiczne (cukry) s\u0105 tworzone z materii nieorganicznej (dwutlenek w\u0119gla i woda) z wykorzystaniem energii \u015bwietlnej. Obydwie te struktury zawieraj\u0105 no\u015bnik informacji genetycznej i podobnie jak j\u0105dro kom\u00f3rkowe s\u0105 otoczone podw\u00f3jn\u0105 b\u0142on\u0105 bia\u0142kowo-lipidow\u0105. Wa\u017cnymi strukturami kom\u00f3rkowymi zaanga\u017cowanymi w przekazywanie informacji genetycznej s\u0105 tak\u017ce rybosomy. Te ziarniste struktury rozproszone w cytoplazmie bior\u0105 udzia\u0142 w biosyntezie, czyli w powstawaniu bia\u0142ek.<\/p>\n
Rozwa\u017caj\u0105c struktury molekularne w kom\u00f3rce, nale\u017cy pami\u0119ta\u0107 o ich wielko\u015bci. \u015arednia wielko\u015b\u0107 kom\u00f3rki cz\u0142owieka mie\u015bci si\u0119 w granicach 10 \u2013 25 \u00b5m (\u00b5m to tysi\u0119czna cz\u0119\u015b\u0107 milimetra). Wielko\u015b\u0107 rybosomu to oko\u0142o 30 nm (nm to milionowa cz\u0119\u015b\u0107 milimetra). Ponadto reakcje chemiczne zachodz\u0105 mi\u0119dzy zwi\u0105zkami, w kt\u00f3rych ich sk\u0142adowe – atomy pierwiastk\u00f3w – zlokalizowane s\u0105 w du\u017co mniejszych odleg\u0142o\u015bciach (miliardowych cz\u0119\u015bci milimetra). Ponadto, musimy r\u00f3wnie\u017c mie\u0107 na uwadze, \u017ce cz\u0105steczki w kom\u00f3rkach podlegaj\u0105 sta\u0142ym przemianom. S\u0105 one warunkowane przemianami energii. Na Ziemi g\u0142\u00f3wnym \u017ar\u00f3d\u0142em energii jest S\u0142o\u0144ce, a jej no\u015bnikiem w kom\u00f3rkach jest cz\u0105steczka zwana ATP. Ka\u017cda kom\u00f3rka jest skomplikowanym systemem po\u0142\u0105cze\u0144 funkcjonalnych mi\u0119dzy poszczeg\u00f3lnymi organellami i innymi kom\u00f3rkami. Wszystkie zachodz\u0105ce w kom\u00f3rce reakcje chemiczne i procesy musz\u0105 by\u0107 skoordynowane w czasie i przestrzeni. Rol\u0119 regulator\u00f3w i katalizator\u00f3w pe\u0142ni\u0105 bia\u0142ka. Pami\u0119\u0107 o budowie bia\u0142ek, czyli kolejno\u015bci aminokwas\u00f3w, ustalonej w drodze ewolucji zawarta jest w informacji genetycznej.<\/p>\n
<\/p>\n
Kwasy nukleinowe \u2013 no\u015bnikiem informacji o budowie bia\u0142ek<\/h5>\n
<\/p>\n
Rycina 1. Struktura kwas\u00f3w nukleinowych<\/p><\/div>\n
No\u015bnikiem informacji genetycznej o budowie bia\u0142ek s\u0105 kwasy nukleinowe. Kwasy nukleinowe, kt\u00f3re wyst\u0119puj\u0105 w kom\u00f3rce to DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy). DNA jest no\u015bnikiem informacji genetycznej, a rol\u0105 RNA jest realizacja, czyli wykorzystanie informacji genetycznej zawartej w cz\u0105steczce DNA. Informacja zawarta w DNA stanowi swoist\u0105 ksi\u0119g\u0119 receptur tworzenia bia\u0142ek, wed\u0142ug kt\u00f3rych rozwija si\u0119 i funkcjonuje poszczeg\u00f3lna kom\u00f3rka. Z uwagi na swoj\u0105 rol\u0119 DNA jest struktur\u0105 bardzo stabiln\u0105. Trwa\u0142o\u015b\u0107 i stabilno\u015b\u0107 DNA zapewnia mi\u0119dzy innymi struktura przestrzenna cz\u0105steczki (zawsze dwuniciowa helisa, Rycina 1) oraz jej lokalizacja w kom\u00f3rce \u2013 j\u0105dro kom\u00f3rkowe. W kom\u00f3rce DNA traktowany jest wi\u0119c jak drogocenna ksi\u0119ga, a mo\u017cliwo\u015b\u0107 wykorzystania zawartych w niej tre\u015bci warunkowana jest utworzeniem jej kopii \u2013 RNA.<\/p>\n
Podstawowy sk\u0142adnik tworz\u0105cy kwas nukleinowy nazywamy nukleotydem. Nukleotyd zbudowany jest zawsze z cz\u0105steczki cukru (w DNA to deoksyryboza, w RNA to ryboza), reszty kwasu fosforowego oraz jednej z czterech zasad azotowych. Trzy z nich: adenina (A), guanina (G) i cytozyna (C) wyst\u0119puj\u0105 zar\u00f3wno w cz\u0105steczce DNA jak i RNA. Tymina (T) obecna jest w cz\u0105steczce DNA, podczas gdy uracyl (U) wyst\u0119puje w cz\u0105steczce RNA.<\/p>\n
Cz\u0105steczki DNA i RNA wyst\u0119puj\u0105ce w kom\u00f3rkach r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 budow\u0105. W sk\u0142ad cz\u0105steczki DNA wchodz\u0105 zazwyczaj dwa u\u0142o\u017cone przeciwstawnie \u0142a\u0144cuchy polinukleotyd\u00f3w. Posiadaj\u0105 one komplementarne (dope\u0142niaj\u0105ce) wzgl\u0119dem siebie sekwencje, ci\u0105gi nukleotyd\u00f3w. Takie u\u0142o\u017cenie przyczynia si\u0119 do stabilizacji struktury w wyniku wytworzenia podw\u00f3jnych wi\u0105za\u0144 wodorowych mi\u0119dzy zasadami azotowymi: adenin\u0105 i tymin\u0105, oraz potr\u00f3jnych mi\u0119dzy guanin\u0105 i cytozyn\u0105. Pary zasad obu nici znajduj\u0105 si\u0119 w centrum cz\u0105steczki, na zewn\u0105trz umiejscowione s\u0105 rdzenie fosfo-cukrowe. \u0141a\u0144cuchy polinukleotydowe zwijaj\u0105 si\u0119 wok\u00f3\u0142 wsp\u00f3lnej osi, tworz\u0105c podw\u00f3jn\u0105 helis\u0119. Jeden pe\u0142ny skr\u0119t w obr\u0119bie helisy odpowiada zazwyczaj 10 zasadom azotowym. D\u0142ugo\u015b\u0107 ca\u0142kowita DNA w kom\u00f3rce cz\u0142owieka wynosi oko\u0142o 2 metr\u00f3w. Tak du\u017ca ilo\u015b\u0107 materia\u0142u genetycznego, kt\u00f3ra znajduje si\u0119 w pojedynczej kom\u00f3rce, wymaga odpowiedniego upakowania. DNA zgromadzone jest zgodnie z zasad\u0105 upakowania w mo\u017cliwie najmniejszej obj\u0119to\u015bci z jednoczesnym utrzymaniem takiej formy magazynowania, aby dost\u0119p do gromadzonego materia\u0142u by\u0142 mo\u017cliwie naj\u0142atwiejszy. Takie upakowanie DNA mo\u017cliwe jest dzi\u0119ki z\u0142o\u017conym oddzia\u0142ywaniom pomi\u0119dzy r\u00f3\u017cnymi makrocz\u0105steczkami. Dwuniciowa struktura DNA upakowana jest w p\u0119tlach umieszczonych na rdzeniu bia\u0142kowym (histonach), tzw. nukleosomach (Rycina 2) niczym ni\u0107 na szpulce. Podw\u00f3jna ni\u0107 zwini\u0119ta na bia\u0142kach histonowych ulega dalszemu upakowaniu poprzez utworzenie ciasnej spirali. Taka ni\u0107 dalej tworzy p\u0119tle doczepione do bia\u0142kowego rdzenia, tworz\u0105c ostatecznie struktur\u0119 chromosomu. Upakowany w chromosomie DNA zag\u0119szczony jest oko\u0142o 10\u00a0000-krotnie w por\u00f3wnaniu do rozprostowanej podw\u00f3jnej nici. Ideowym odniesieniem upakowania DNA mog\u0105 by\u0107 rega\u0142y z ksi\u0105\u017ckami w bibliotece. Na ka\u017cdym indywidualnym regale u\u0142o\u017cone s\u0105 liczne ksi\u0105\u017cki, w taki spos\u00f3b, aby dost\u0119p do nich by\u0142 nieograniczony. W kom\u00f3rce cz\u0142owieka znajduj\u0105 si\u0119 23 pary chromosom\u00f3w, z czego 22 pary to tzw. autosomy, kt\u00f3re odpowiadaj\u0105 za przechowywanie informacji o wszystkich dziedziczonych przez nas cechach, oraz jedna para chromosom\u00f3w p\u0142ci.<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
Rycina 2. Schemat upakowania DNA<\/p><\/div>\n
U\u0142o\u017cone w szeregu nukleotydy w nici DNA, kt\u00f3re zawieraj\u0105 informacje o budowie bia\u0142ka, czyli o kolejno\u015bci tworz\u0105cych go aminokwas\u00f3w, nazywamy genem. Kompletna informacja genetyczna \u017cywego organizmu to genom. Termin ten odnosi si\u0119 zwykle do materia\u0142u genetycznego zawartego w pojedynczym (haploidalnym) zestawie chromosom\u00f3w. W kom\u00f3rce wielu organizm\u00f3w wyst\u0119puje podw\u00f3jna ilo\u015b\u0107 informacji genetycznej (diploidalna). Po\u0142owa informacji genetycznej pochodzi od matki (zawarta w kom\u00f3rce jajowej), druga pochodzi od ojca (zawarta w plemniku). W kom\u00f3rce wyst\u0119puj\u0105 wi\u0119c pary chromosom\u00f3w homologicznych. Struktury te zawieraj\u0105 te same geny, ale w r\u00f3\u017cnych wariantach (allelach). Jeden z nich pochodzi od matki, drugi od ojca. Lokalizacja danego genu na chromosomie nosi nazw\u0119 locus. To adres genu. A cechy organizmu ukszta\u0142towane w wyniku dzia\u0142ania gen\u00f3w w odpowiedzi na warunki \u015brodowiska to fenotyp osobnika.<\/p>\n
<\/p>\n
Cz\u0105steczka RNA, w przeciwie\u0144stwie do podw\u00f3jnej nici DNA, jest jednoniciowa. Cz\u0105steczki RNA pe\u0142ni\u0105 rozmaite funkcje w kom\u00f3rce, przez co r\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 od siebie nie tylko struktur\u0105, ale i lokalizacj\u0105. Dla zrozumienia omawianych zagadnie\u0144 nale\u017cy wspomnie\u0107 o trzech z nich: informacyjnym RNA (tzw. matrycowe RNA, mRNA), rybosomalnym RNA (rRNA) oraz transferowym RNA (tzw. transportowy RNA, tRNA). mRNA ma za zadanie przenie\u015b\u0107 informacj\u0119 zawart\u0105 w DNA do miejsca syntezy bia\u0142ek. Cz\u0105steczka ta stanowi matryc\u0119 do produkcji bia\u0142ka. Kolejno\u015b\u0107 nukleotyd\u00f3w w mRNA okre\u015bla kolejno\u015b\u0107 aminokwas\u00f3w tworz\u0105cych si\u0119 w \u0142a\u0144cuchu bia\u0142kowym. rRNA stanowi oko\u0142o 80% ca\u0142ego kom\u00f3rkowego RNA. Jest istotnym sk\u0142adnikiem m.in. rybosom\u00f3w, na kt\u00f3rych odbywa si\u0119 synteza bia\u0142ka. tRNA pe\u0142ni w kom\u00f3rce funkcje cz\u0105steczki adaptorowej. Jego zadaniem jest transport poszczeg\u00f3lnych aminokwas\u00f3w z cytoplazmy do rybosom\u00f3w. Ka\u017cdy aminokwas mo\u017ce by\u0107 transportowany przez jeden lub kilka r\u00f3\u017cnych tRNA.<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
Przekazywanie informacji genetycznej: DNA-RNA-bia\u0142ko<\/h5>\n
Rycina 3. Schemat replikacji DNA<\/p><\/div>\n
Nowy organizm cz\u0142owieka powstaje w wyniku nast\u0119pstw zdarze\u0144 wynikaj\u0105cych z po\u0142\u0105czenia m\u0119skiej i \u017ce\u0144skiej kom\u00f3rki rozrodczej, kt\u00f3re prowadzi do powstania zygoty. Aby z jednokom\u00f3rkowej zygoty powsta\u0142 wielokom\u00f3rkowy organizm, kom\u00f3rki musz\u0105 wielokrotnie si\u0119 podzieli\u0107, zr\u00f3\u017cnicowa\u0107 i da\u0107 pocz\u0105tek wielu liniom kom\u00f3rek, a te w ostateczno\u015bci utworzy\u0107 organy, m.in. serce, m\u00f3zg, nerki, p\u0142uca czy jajniki lub j\u0105dra. Z uwagi na rol\u0119, jak\u0105 maj\u0105 pe\u0142ni\u0107 kom\u00f3rki, w organizmach rozmna\u017caj\u0105cych si\u0119 p\u0142ciowo rozr\u00f3\u017cniamy dwa typy kom\u00f3rek. S\u0105 to kom\u00f3rki, kt\u00f3re bior\u0105 udzia\u0142 w rozmna\u017caniu p\u0142ciowym (tylko dwie: kom\u00f3rki rozrodcze m\u0119skie i \u017ce\u0144skie, tzw. kom\u00f3rki generatywne) oraz kom\u00f3rki, kt\u00f3re nie bior\u0105 w nim udzia\u0142u (wszystkie pozosta\u0142e, tzw. kom\u00f3rki somatyczne). Bez wzgl\u0119du na to, jaki typ kom\u00f3rek ma ulec podzia\u0142owi, przed rozpocz\u0119ciem tego procesu w ka\u017cdej kom\u00f3rce musi w pierwszej kolejno\u015bci doj\u015b\u0107 do procesu powielenia informacji genetycznej, czyli do procesu replikacji DNA (Rycina 3).<\/p>\n
Proces ten przebiega w j\u0105drze kom\u00f3rkowym. Jest to proces p\u00f3\u0142zachowawczy, co oznacza, \u017ce w ka\u017cdej z dw\u00f3ch uzyskanych podw\u00f3jnych nici DNA jedna ni\u0107 b\u0119dzie pochodzi\u0142a od kom\u00f3rki macierzystej, a druga komplementarna b\u0119dzie nowo powsta\u0142\u0105. Proces ten wymaga zaanga\u017cowania wielu bia\u0142ek enzymatycznych: topoizomerazy (odpowiada za rozplatanie i ponowne skr\u0119canie si\u0119 podw\u00f3jnej nici DNA), helikazy (rozrywa wi\u0105zania wodorowe mi\u0119dzy ni\u0107mi matrycowego DNA), prymazy (syntetyzuje starter RNA), polimerazy DNA (katalizuje reakcj\u0119 \u0142\u0105czenia si\u0119 kolejnych nukleotyd\u00f3w w tworz\u0105cej si\u0119 nici polinukleotyd\u00f3w), egzonukleazy (usuwa startery RNA z nici) czy ligazy DNA (uzupe\u0142nia brakuj\u0105ce wi\u0105zania fosfodiestrowe w szkielecie nowej nici DNA). Zwa\u017cywszy na niewielki b\u0142\u0105d w\u0142\u0105czenia innego nukleotydu (1 na 109 <\/sup>nukleotyd\u00f3w), powsta\u0142e cz\u0105steczki DNA b\u0119d\u0105 identyczne.<\/p>\n
Nale\u017cy pami\u0119ta\u0107, \u017ce DNA zazwyczaj wyst\u0119puje w j\u0105drze kom\u00f3rkowym w formie rozplecionej nici, co umo\u017cliwia \u0142atwiejszy dost\u0119p do informacji. Dopiero podczas podzia\u0142\u00f3w kom\u00f3rkowych wyodr\u0119bniaj\u0105 si\u0119 chromosomy. Z uwagi na replikacj\u0119 ilo\u015b\u0107 informacji genetycznej w chromosomie jest podwojona. Chromosom po replikacji, ale przed podzia\u0142em kom\u00f3rkowym sk\u0142ada si\u0119 wi\u0119c z dw\u00f3ch chromatyd siostrzanych.<\/p>\n
Po replikacji nast\u0119puje proces podzia\u0142u kom\u00f3rki. Najcz\u0119\u015bciej wyst\u0119puj\u0105cym procesem podzia\u0142u kom\u00f3rkowego jest mitoza. W organizmie ludzkim w ten spos\u00f3b dziel\u0105 si\u0119 wszystkie kom\u00f3rki z wyj\u0105tkiem kom\u00f3rek rozrodczych. W wyniku mitozy z kom\u00f3rki macierzystej powstaj\u0105 dwie kom\u00f3rki potomne. Kom\u00f3rki te posiadaj\u0105 j\u0105dra kom\u00f3rkowe zawieraj\u0105ce tak\u0105 sam\u0105 informacj\u0119 genetyczn\u0105 i tak\u0105 sam\u0105 jej ilo\u015b\u0107 (liczb\u0119 chromosom\u00f3w) jak w kom\u00f3rce macierzystej, kt\u00f3ra uleg\u0142a podzia\u0142owi. Celem mitozy jest wytworzenie nowych kom\u00f3rek potomnych identycznych z macierzystymi, przez co mo\u017cliwy jest wzrost i regeneracja tkanek. W olbrzymim skr\u00f3cie: podczas mitozy zanika b\u0142ona j\u0105drowa, rozpleciona ni\u0107 DNA ulega kondensacji, co skutkuje mo\u017cliwo\u015bci\u0105 zaobserwowania chromosom\u00f3w, formuje si\u0119 wrzeciono podzia\u0142owe. Chromosomy uk\u0142adaj\u0105 si\u0119 w p\u0142aszczy\u017anie r\u00f3wnikowej kom\u00f3rki, tworz\u0105c p\u0142ytk\u0119 metafazow\u0105. Wrzeciono podzia\u0142owe przyczepia si\u0119 do chromosom\u00f3w, a w wyniku jego aktywno\u015bci nast\u0119puje rozdzielenie chromatyd siostrzanych. Powstaj\u0105 w ten spos\u00f3b chromosomy potomne. Nast\u0119pnie dochodzi m.in. do podzia\u0142u cytoplazmy i odbudowania b\u0142ony j\u0105drowej wok\u00f3\u0142 dw\u00f3ch j\u0105der kom\u00f3rkowych. Powstaj\u0105 dwie kom\u00f3rki diploidalne.<\/p>\n
Kom\u00f3rki rozrodcze powstaj\u0105 w wyniku podzia\u0142u mejotycznego. Celem mejozy jest zredukowanie o po\u0142ow\u0119 ilo\u015bci informacji genetycznej zawartej w j\u0105drze kom\u00f3rkowym i produkcja kom\u00f3rek generatywnych (np. kom\u00f3rek jajowych i plemnik\u00f3w). Ponadto podczas tego procesu dochodzi do zwi\u0119kszenia r\u00f3\u017cnorodno\u015bci genetycznej, powstania nowej kombinacji gen\u00f3w. Zwi\u0105zane jest to z wymian\u0105 informacji genetycznej mi\u0119dzy chromosomami tej samej pary (ang. crossing-over, Rycina 4). Ostatecznie, w wyniku mejozy z jednej dziel\u0105cej si\u0119 kom\u00f3rki otrzymujemy cztery kom\u00f3rki potomne o zredukowanej, pojedynczej ilo\u015bci DNA (haploidalne). W ten spos\u00f3b ka\u017cda z gamet zawiera zazwyczaj po jednym chromosomie z pary. Nast\u0119pnie, w wyniku zap\u0142odnienia i po\u0142\u0105czenie si\u0119 dw\u00f3ch haploidalnych gamet w ka\u017cdym j\u0105drze kom\u00f3rkowym nowego zarodka znajduj\u0105 si\u0119 ponownie dwa zestawy chromosom\u00f3w. Kom\u00f3rki zarodka staj\u0105 si\u0119 ponownie kom\u00f3rkami diploidalnymi. Informacja genetyczna organizmu potomnego jest kombinacj\u0105 informacji genetycznej pochodz\u0105cej od rodzic\u00f3w.<\/p>\n
Szczeg\u00f3\u0142owy przebieg mitozy i mejozy przedstawia schemat Rycina 5.<\/p>\n
Rycina 4. Schemat wymiany fragment\u00f3w chromosom\u00f3w podczas crossing-over<\/p><\/div><\/div>\n
Rycina 5. Schemat podzia\u0142\u00f3w kom\u00f3rkowych<\/p><\/div>\n
<\/p>\n
Podzia\u0142 kom\u00f3rek wymaga syntezy nowych bia\u0142ek. Produkcja bia\u0142ek wymaga natomiast odczytania informacji zakodowanej w nici DNA. Ten proces przebiega etapowo (Rycina 6). Najpierw musi powsta\u0107 kopia DNA w postaci mRNA. Kolejnym etapem jest transport mRNA z j\u0105dra kom\u00f3rkowego do cytoplazmy, a nast\u0119pnie odczytanie zakodowanej informacji na rybosomach i synteza bia\u0142ka (Rycina 7). Proces powstawania kopii DNA w postaci RNA to transkrypcja. Proces ten ma za zadanie ochroni\u0107 informacj\u0119 zawart\u0105 w DNA i jednocze\u015bnie umo\u017cliwia powstanie mo\u017cliwie du\u017cej ilo\u015bci kopii receptury, kt\u00f3re stanowi\u0105 matryc\u0119 do tworzenia bia\u0142ka. Geny organizm\u00f3w eukariotycznych charakteryzuj\u0105 si\u0119 budow\u0105 nieci\u0105g\u0142\u0105, co oznacza, \u017ce nie ka\u017cdy fragment DNA w obr\u0119bie danego genu zostanie wykorzystany do produkcji bia\u0142ka. Dlatego te\u017c, powsta\u0142y w j\u0105drze kom\u00f3rkowym RNA podlega tzw. obr\u00f3bce potranskrypcyjnej, w wyniku kt\u00f3rej tworzony jest matrycowy RNA (mRNA). W czasie tego procesu nast\u0119puje wycinanie niekoduj\u0105cych fragment\u00f3w w obr\u0119bie skopiowanej sekwencji pierwotnego transkryptu (pre-mRNA). Obecno\u015b\u0107 fragment\u00f3w niekoduj\u0105cych (tzw. intron\u00f3w) umo\u017cliwia wykorzystywanie alternatywnych miejsc sk\u0142adania gen\u00f3w oraz mieszanie (taksowanie) i podwojenie (duplikacja) fragment\u00f3w koduj\u0105cych (ekson\u00f3w) \u2013 w uproszczeniu: powstanie kilku wariant\u00f3w bia\u0142ek z jednego fragmentu DNA. Przyczynia si\u0119 to do powi\u0119kszenia r\u00f3\u017cnorodno\u015bci genetycznej. Nast\u0119pnie cz\u0105steczka mRNA (matryca) przetransportowana zostaje z j\u0105dra kom\u00f3rkowego (\u201ebiblioteki\u201d) do cytoplazmy (\u201ekuchni\u201d). Tutaj informacja zostaje odszyfrowana z wykorzystaniem kodu genetycznego i przekszta\u0142cona w funkcjonalne bia\u0142ko. Proces ten nazywa si\u0119 translacj\u0105. Proces ten warunkowany jest obecno\u015bci\u0105 element\u00f3w odszyfrowuj\u0105cych kod (tRNA \u2013 cz\u0105steczek RNA odpowiedzialnych za transport i przy\u0142\u0105czenie aminokwas\u00f3w), sk\u0142adnik\u00f3w bia\u0142ek (wolnych aminokwas\u00f3w) oraz struktur kom\u00f3rkowych (rybosom\u00f3w, kompleks\u00f3w bia\u0142ek z rRNA). Cz\u0105steczka tRNA posiada dwa wa\u017cne miejsca: miejsce przy\u0142\u0105czenia aminokwasu, kt\u00f3re znajduje si\u0119 na jednym z ko\u0144c\u00f3w tRNA oraz tzw. antykodon \u2013 sekwencj\u0119, za pomoc\u0105 kt\u00f3rej tRNA przy\u0142\u0105cza si\u0119 do nici mRNA. Podczas translacji mRNA przesuwa si\u0119 na rybosomie jak na ta\u015bmie produkcyjnej. Do kolejnych nukleotyd\u00f3w w nici mRNA przy\u0142\u0105czaj\u0105 si\u0119 cz\u0105steczki tRNA nios\u0105ce odpowiedni aminokwas. Aminokwasy \u0142\u0105cz\u0105 si\u0119 ze sob\u0105 i jednocze\u015bnie od\u0142\u0105czaj\u0105 si\u0119 od tRNA. tRNA wraca do cytoplazmy po kolejny aminokwas. Cykl powtarza si\u0119 a\u017c tRNA natrafi na kodon \u201estop\u201d. Powstaje w ten spos\u00f3b \u0142a\u0144cuch aminokwas\u00f3w, kt\u00f3ry tworzy nowe bia\u0142ko. Prawid\u0142owo powsta\u0142e bia\u0142ka s\u0105 transportowane do miejsca ich przeznaczenia, nieprawid\u0142owe ulegaj\u0105 degradacji. Proces transkrypcji i translacji zachodzi w kom\u00f3rce zawsze, gdy potrzebne jest bia\u0142ko. Ilo\u015b\u0107 nowych bia\u0142ek i ich rodzaj zale\u017cy od aktualnych potrzeb kom\u00f3rki, a procesy regulowane s\u0105 przez inne bia\u0142ka czy ich modyfikacje.<\/p>\n
<\/p>\n
Rycina 6. Schemat przekazywania informacji genetycznej<\/p><\/div>
Rycina 7. Schemat procesu produkcji bia\u0142ka<\/p><\/div><\/div>\n
\n<\/h5>\n
Kod genetyczny<\/h5>\n
Informacja o 20 podstawowych aminokwasach tworz\u0105cych bia\u0142ka zakodowana jest z wykorzystaniem kombinacji czterech nukleotyd\u00f3w zawartych w DNA, a nast\u0119pnie przepisanych na mRNA. Wiemy, \u017ce ilo\u015b\u0107 mo\u017cliwych kombinacji unikatowych kod\u00f3w zale\u017cy od liczby wykorzystanych w kodowaniu znak\u00f3w. Zapis informacji dotycz\u0105cy 20 aminokwas\u00f3w nie by\u0142by wi\u0119c mo\u017cliwy, gdyby jeden nukleotyd oznacza\u0142 jeden aminokwas. W systemie jedynkowym (cztery nukleotydy) szyfrowana by\u0142aby informacja dla czterech aminokwas\u00f3w. Nadal brakowa\u0142oby mo\u017cliwo\u015bci zakodowania kolejnych 16 aminokwas\u00f3w. Podobnie wygl\u0105da\u0142aby sytuacja, gdyby obowi\u0105zywa\u0142 system dw\u00f3jkowy. Kombinacja 4 nukleotyd\u00f3w w obr\u0119bie dw\u00f3ch miejsc w kodzie to mo\u017cliwo\u015b\u0107 zakodowania 16 aminokwas\u00f3w. Nadal brakowa\u0142oby kodu dla czterech aminokwas\u00f3w. Najprostszym kodem umo\u017cliwiaj\u0105cym zaszyfrowanie dwudziestu aminokwas\u00f3w jest wi\u0119c kod tr\u00f3jkowy z kombinacj\u0105 4 nukleotyd\u00f3w (4x4x4 = 64). Jest to najprostsza forma zapisu danych, kt\u00f3ra odnios\u0142a sukces podczas ewolucji. Ten spos\u00f3b zapisu wyst\u0119puje w ka\u017cdej \u017cywej kom\u00f3rce.<\/p>\n
Kod genetyczny jest wi\u0119c tr\u00f3jkowy \u2013 trzy nukleotydy tworz\u0105 tzw. kodon, kt\u00f3ry odpowiada zazwyczaj jednemu aminokwasowi. Kod genetyczny jest r\u00f3wnie\u017c jednoznaczny \u2013 jedna tr\u00f3jka wyznacza tylko jeden aminokwas; zdegenerowany \u2013 jeden aminokwas mo\u017ce by\u0107 zapisany za pomoc\u0105 kilku r\u00f3\u017cnych kodon\u00f3w; bezprzecinkowy \u2013 pomi\u0119dzy kodonami nie ma \u017cadnych znak\u00f3w przystankowych ani wolnych nukleotyd\u00f3w, a informacja odczytywana jest w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y; niezachodz\u0105cy \u2013 jeden kodon nie zachodzi na s\u0105siedni, nie ma wi\u0119c mo\u017cliwo\u015bci, \u017ceby trzeci nukleotyd pierwszego kodonu by\u0142 jednocze\u015bnie pierwszym nukleotydem nast\u0119pnego kodonu, a co najwa\u017cniejsze kod genetyczny jest uniwersalny \u2013 spos\u00f3b zapisu informacji obowi\u0105zuje w ca\u0142ym \u015bwiecie organizm\u00f3w \u017cywych. Powszechno\u015b\u0107 wyst\u0119powania kodu genetycznego jest dowodem jedno\u015bci \u015bwiata \u017cywego i wskazuje na wsp\u00f3lne pochodzenie organizm\u00f3w. Tak wi\u0119c trzy kolejne nukleotydy tworz\u0105 jeden kodon, kt\u00f3ry koduje jeden aminokwas. Proces syntezy bia\u0142ka wykorzystuje informacj\u0119 przepisan\u0105 z DNA na RNA, dlatego te\u017c odczytywana na rybosomie sekwencja nukleotyd\u00f3w to sekwencja mRNA. Proces syntezy bia\u0142ka rozpoczyna si\u0119 z chwil\u0105 odczytania przez tRNA instrukcji \u201estart\u201d. Jest nim kodon AUG, kt\u00f3ry koduje aminokwas metionin\u0119. Kodony UAA, UAG i UGA nie wyznaczaj\u0105 \u017cadnego aminokwasu, a informacja w nich zawarta odczytywana jest jako \u201estop\u201d \u2013 zako\u0144czenie syntezy bia\u0142ka na rybosomie. Pozosta\u0142e tr\u00f3jki nukleotyd\u00f3w koduj\u0105 odpowiednie aminokwasy (Rycina 8).<\/p>\n
Rycina 8. Kod genetyczny<\/p><\/div><\/div>\n
\nSpos\u00f3b kodowania informacji genetycznej, przebieg procesu replikacji, transkrypcji i translacji, liczba nukleotyd\u00f3w i aminokwas\u00f3w oraz zasady \u0142\u0105czenia ich w szeregi s\u0105 uniwersalne dla praktycznie ka\u017cdego organizmu \u017cywego. Zr\u00f3\u017cnicowanie w kr\u00f3lestwie ro\u015blin i zwierz\u0105t wynika z zapisanej w j\u0105drach kom\u00f3rkowych informacji genetycznej przekazywanej z pokolenia na pokolenie. Wykorzystuj\u0105c rachunek prawdopodobie\u0144stwa, liczba teoretycznych bia\u0142ek zakodowanych w obr\u0119bie nici DNA jest wi\u0119ksza od liczby znanych aktualnie biochemikom. Mo\u017cliwo\u015b\u0107 reorganizacji fragment\u00f3w RNA podczas obr\u00f3bki potranskrypcyjnej umo\u017cliwia produkcj\u0119 r\u00f3\u017cnych bia\u0142ek z wykorzystaniem tej samej sekwencji DNA. W DNA zakodowane jest nie tylko powstanie kom\u00f3rki, ale i jej \u015bmier\u0107. Uwarunkowana jest ona liczb\u0105 podzia\u0142\u00f3w kom\u00f3rkowych. Zaburzenie tego procesu prowadzi do nie\u015bmiertelno\u015bci kom\u00f3rki, czyli cechy kom\u00f3rek nowotworowych. Nieprawid\u0142owo\u015bci przebiegu proces\u00f3w zwi\u0105zanych z powielaniem DNA prowadz\u0105 do mutacji. Mutacje obejmuj\u0105 zmiany pojedynczych nukleotyd\u00f3w podczas replikacji czy transkrypcji, nieprawid\u0142owego wbudowania aminokwasu podczas translacji, czy te\u017c nieprawid\u0142owego rozej\u015bcia si\u0119 chromosom\u00f3w podczas podzia\u0142\u00f3w kom\u00f3rkowych. Mutacje na poziomie kom\u00f3rek somatycznych wp\u0142ywaj\u0105 na funkcjonowanie danego osobnika, podczas gdy nieprawid\u0142owo\u015bci w czasie tworzenia kom\u00f3rek rozrodczych decyduj\u0105 o cechach osobnik\u00f3w potomnych. Procesy replikacji i podzia\u0142u kom\u00f3rek, losowego \u0142\u0105czenia si\u0119 kom\u00f3rek rozrodczych czy mutacji przyczyniaj\u0105 si\u0119 do powstania nowej kombinacji informacji genetycznej, a tym samym zwi\u0119kszenia r\u00f3\u017cnorodno\u015bci genetycznej, a w konsekwencji by\u0107 mo\u017ce r\u00f3\u017cnorodno\u015bci gatunkowej.<\/p>\n
[1]<\/span><\/a> Rozprawy o odwadze cywilnej, mi\u0142o\u015bci ojczyzny, wychowaniu lud\u00f3w: na rzecz pomnika dla Adama Mickiewicza, Zygmunta Krasi\u0144skiego i Juliusza S\u0142owackiego<\/em><\/a>, wyd. Drukarnia \u201eCzasu\u201d W. Kirchmayera, 1869, s. 102.<\/p>\n
<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_1-650x1024.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_2-1024x630.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_3-1024x523.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_4_a-1024x607.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_5-878x1024.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_6-1024x1021.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_7-993x1024.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/Rycina_8_a-1024x684.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/www.o-nauce.pl\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/logo_drzewo_franciszka_3-1-239x300.jpg\"){kind=logo}
![\"strona](\"https:\/\/fzk.pl\/wp-content\/themes\/FZK\/img\/logo-main.svg\"){kind=logo}
\u00a0<\/strong><\/p>\n