Nukleiin­hapetes on raku elutegevuse juhised

Rakk vajab oma elutegevuse reguleerimiseks täpseid juhiseid, mis edastatakse ka uutele rakupõlvkondadele. Raku tegevusjuhiseid kannavad nukleiinhapped. Rakkudes esineb kaks nukleiinhapet: DNA ehk desoksüribonukleiinhape ja RNA ehk ribonukleiinhape. Nagu liitsüsivesikud ja valgud, on ka DNA ja RNA polümeerid, st nad koosnevad paljudest väiksematest omavahel seotud molekulidest – nukleotiididest. DNA molekulid on teadaolevalt kõige pikemad molekulid looduses.

DNA on päriliku info säilitaja ja asub rakutuumas. RNA ehk ribonukleiinhape on päriliku info kandja ja tema ülesanne on DNA-s sisalduva informatsiooni alusel sünteesida valgumolekulid.

DNA ülesanne rakus on säilitada pärilikku infot ja see raku jagunemisel täpselt edasi anda. DNA on looduses ainulaadne molekul, kuna selles oleva geneetilise info paigutuse põhimõte on ühesugune peaaegu kõikidel organismidel.

DNA molekul on kaheahelaline spiraal, mis on kokku pandud nukleotiididest. Nukleotiidid on moodustunud suhkrust nimega desoksüriboos, fosfaatrühmast ja lämmastikalusest. DNA nukleotiidid sisaldavad nelja lämmastikalust: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja tümiin (T). Kõigis neljas nukleotiidis on sama suhkur ja fosfaatrühm. Erinevate lämmastikaluste järjestus DNA ahelas kannabki endas pärilikku informatsiooni. DNA nukleotiidse järjestuse alusel sünteesitakse RNA-molekulid, RNA-molekulides oleva info põhjal aga valgumolekulid. Nii jõuabki geneetiline info DNA-st valkudesse ning avaldub organismide ehituses ja elutegevuses.

DNA-molekuli struktuuri lihtsamaks mõistmiseks võib võrrelda seda redeliga, mis on keerdunud spiraaliks (biheeliks). Redeli püstpuud on moodustunud suhkrust (desoksüriboosist) ja fosfaatrühmast. Põikpuud moodustuvad neljast lämmastikalusest, kus A vastas on alati T ja G vastas on alati C. Sellist nukleotiidide üksteisele vastavust nimetatakse komplementaarsus­printsiibiks. Nukleotiidid on omavahel seotud vesiniksidemetega.

Kuna info on kahes ahelas ehk kahes koopias, tagab selline ehitus DNA säilivuse ja taastatavuse ning suure hulga vesiniksidemete tõttu ka vastupidavuse keskkonnamõjudele.

RNA ülesanne on DNA-s oleva päriliku info kopeerimine ja vajalikku kohta toimetamine. RNA molekul on üheahelaline. RNA koosneb samuti nukleotiididest nagu DNA-gi. Nii nagu DNA nukleotiidid, koosnevad ka RNA nukleotiidid kolmest osast: lämmastikalusest, suhkrust ja fosfaatrühmast. Kolm lämmastikalust, A, G ja C, on RNA-s samad mis DNA-s, kuid T asemel on RNA koostises uratsiil (U). RNA-s on suhkruks riboos.

Rakus on kolme tüüpi RNA molekule, neil on ühesugune ehitus, kuid erinevad ülesanded: informatsiooni-RNA (mRNA) toob tuumast kohale valgu tegemiseks vajaliku info, transport-RNA (tRNA) toob tsütoplasmast kohale aminohapped ehk üksused, millest valgud kokku pannakse, ja ribosoomi-RNA (rRNA) kuulub ribosoomi ehk valke sünteesiva rakuorganelli koostisesse.

Vaata erinevate RNA-molekulide ehitust alljärgnevast lisamaterjalist.

Geeni all mõistetakse enamasti DNA lõiku, mis määrab ühe RNA-molekuli sünteesi (aga on ka olemas näiteks RNA-genoomiga viiruseid, mille geenid asuvad otse RNA-s). Ka väljaspool geene asuvad DNA ahela osad on olulised, kuna sisaldavad paljusid protsesse reguleerivaid järjestusi. DNA-s oleva info järgi sünteesitakse valgud. Iga organism sünteesib talle vajalikud valgud vaid 20 aminohappest. Pärilikud tunnused avalduvad paljude valkude koostoime tulemusena.

Mõne keskkonnateguri, näiteks kiirituse ja raskmetallide mõjul võib DNA struktuur muutuda: mõni nukleotiid võib lisanduda või vahetuda või DNA ahelast ära jääda, aga DNA ahelaga võib liituda ka mõni muu ühend. Kui DNA struktuuris toimub muutus, muutub ka selle pealt sünteesitav mRNA, mille tulemusena ei sünteesita õigeid valke või tekivad valgusünteesil vead. Kui valgud ei täida oma ülesandeid, on tagajärjeks tervisehäired ja surm.

DNA-s asuva päriliku info alusel kujunevad välja pärilikud tunnused. Lõplikult kujuneb organism välja pärilike tunnuste ja keskkonnategurite koosmõju tulemusena, keskkond kas soodustab või pidurdab pärilike tunnuste avaldumist. Kui vajalikku pärilikku infot ei ole, ei saa keskkond ka tunnust välja arendada.