Każdy żywy organizm w naszym świecie jest inny. Nie tylko ludzie różnią się od siebie. Zwierzęta i rośliny tego samego gatunku również mają różnice. Powodem tego są nie tylko różne warunki życia i doświadczenie życiowe. Indywidualność każdego organizmu jest w nim określona za pomocą materiału genetycznego.
Ważne i interesujące pytania dotyczące kwasów nukleinowych
Już przed urodzeniem każdy organizm ma swój własny zestaw genów, które determinują absolutnie wszystkie cechy strukturalne. Na przykład nie chodzi tylko o kolor sierści czy kształt liści. Ważniejsze cechy są określone w genach. W końcu chomik nie może urodzić się z kota, a baobab nie może wyrosnąć z nasion pszenicy.
A kwasy nukleinowe – cząsteczki RNA i DNA – są odpowiedzialne za całą tę ogromną ilość informacji. Ich znaczenie jest bardzo trudne do przecenienia. Przecież nie tylko przechowują informacje przez całe życie, pomagają je realizować za pomocą białek, a poza tym przekazują je następnemu pokoleniu. Jak to robią, jak złożona jest budowa cząsteczek DNA i RNA? Jak są do siebie podobni i jakie są ich różnice? W tym wszystkim myi wyjaśnimy to w kolejnych rozdziałach artykułu.
Przeanalizujemy wszystkie informacje kawałek po kawałku, zaczynając od samych podstaw. Najpierw dowiemy się czym są kwasy nukleinowe, jak zostały odkryte, a następnie porozmawiamy o ich budowie i funkcjach. Na końcu artykułu czekamy na tabelę porównawczą RNA i DNA, do której możesz się odwołać w dowolnym momencie.
Co to są kwasy nukleinowe
Kwasy nukleinowe są związkami organicznymi o dużej masie cząsteczkowej, są polimerami. W 1869 roku po raz pierwszy opisał je szwajcarski biochemik Friedrich Miescher. Z komórek ropnych wyizolował substancję, która zawiera fosfor i azot. Zakładając, że znajduje się tylko w jądrach, naukowiec nazwał ją nukleiną. Ale to, co pozostało po oddzieleniu białek, nazwano kwasem nukleinowym.
Jego monomery to nukleotydy. Ich liczba w cząsteczce kwasu jest indywidualna dla każdego gatunku. Nukleotydy to cząsteczki składające się z trzech części:
- monosacharyd (pentoza), może być dwojakiego rodzaju - ryboza i dezoksyryboza;
- podstawa azotowa (jedna z czterech);
- pozostałość kwasu fosforowego.
Następnie przyjrzymy się różnicom i podobieństwom między DNA i RNA, podsumowując tabelę na samym końcu artykułu.
Cechy strukturalne: pentozy
Pierwsze podobieństwo między DNA i RNA polega na tym, że zawierają one monosacharydy. Ale dla każdego kwasu są inne. W zależności od tego, która pentoza znajduje się w cząsteczce, kwasy nukleinowe dzielą się na DNA i RNA. DNA zawiera dezoksyrybozę, podczas gdy RNA zawieraryboza. Obie pentozy występują w kwasach tylko w formie β.
Deoksyryboza nie zawiera tlenu przy drugim atomie węgla (oznaczonym jako 2'). Naukowcy sugerują, że jego brak:
- skróci połączenie między C2 i C3;
- wzmacnia cząsteczkę DNA;
- tworzy warunki do zwartego upakowania DNA w jądrze.
Porównanie budynków: zasady azotowe
Porównawcza charakterystyka DNA i RNA nie jest łatwa. Ale różnice są widoczne od samego początku. Zasady azotowe to najważniejsze elementy budulcowe w naszych cząsteczkach. Przenoszą informację genetyczną. A dokładniej nie same bazy, ale ich kolejność w łańcuchu. Są puryną i pirymidyną.
Skład DNA i RNA różni się już na poziomie monomerów: w kwasie dezoksyrybonukleinowym znajdziemy adeninę, guaninę, cytozynę i tyminę. Ale RNA zawiera uracyl zamiast tyminy.
Te pięć zasad to główne (główne), które tworzą większość kwasów nukleinowych. Ale oprócz nich są jeszcze inni. Zdarza się to bardzo rzadko, takie zasady nazywane są mniejszymi. Oba znajdują się w obu kwasach - to kolejne podobieństwo między DNA i RNA.
Sekwencja tych zasad azotowych (i odpowiednio nukleotydów) w łańcuchu DNA określa, które białka dana komórka może syntetyzować. To, które molekuły w danym momencie powstaną, zależy od potrzeb organizmu.
Przejdź dopoziomy organizacji kwasów nukleinowych. Aby cechy porównawcze DNA i RNA były jak najbardziej kompletne i obiektywne, rozważymy strukturę każdego z nich. DNA ma cztery z nich, a liczba poziomów organizacji w RNA zależy od jego typu.
Odkrycie struktury DNA, zasady budowy
Wszystkie organizmy dzielą się na prokarionty i eukarionty. Ta klasyfikacja opiera się na konstrukcji rdzenia. Oba mają DNA w komórce w postaci chromosomów. Są to specjalne struktury, w których cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego są powiązane z białkami. DNA ma cztery poziomy organizacji.
Pierwszorzędowa struktura jest reprezentowana przez łańcuch nukleotydów, których sekwencja jest ściśle przestrzegana dla każdego organizmu i które są połączone wiązaniami fosfodiestrowymi. Ogromne sukcesy w badaniu struktury nici DNA odnieśli Chargaff i jego współpracownicy. Ustalili, że proporcje zasad azotowych są zgodne z pewnymi prawami.
Nazywano je zasadami Chargaffa. Pierwsza z nich stwierdza, że suma zasad purynowych musi być równa sumie pirymidyn. Stanie się to jasne po zapoznaniu się z drugorzędową strukturą DNA. Druga zasada wynika z jego cech: stosunki molowe A / T i G / C są równe jeden. Ta sama zasada dotyczy drugiego kwasu nukleinowego - to kolejne podobieństwo między DNA a RNA. Tylko drugi ma wszędzie uracyl zamiast tyminy.
Ponadto wielu naukowców zaczęło klasyfikować DNA różnych gatunków według większej liczby zasad. Jeśli suma to „A+T”więcej niż „G + C”, takie DNA nazywa się typu AT. Jeśli jest odwrotnie, mamy do czynienia z DNA typu GC.
Model struktury drugorzędowej został zaproponowany w 1953 roku przez naukowców Watsona i Cricka i nadal jest powszechnie akceptowany. Model to podwójna helisa, która składa się z dwóch antyrównoległych łańcuchów. Główne cechy struktury drugorzędowej to:
- skład każdej nici DNA jest ściśle specyficzny dla gatunku;
- wiązaniem między łańcuchami jest wodór, utworzony zgodnie z zasadą komplementarności zasad azotowych;
- łańcuchy polinukleotydowe owijają się wokół siebie, tworząc prawoskrętną helisę zwaną „helisą”;
- reszty kwasu fosforowego znajdują się na zewnątrz helisy, zasady azotowe znajdują się wewnątrz.
Dalej, gęściej, mocniej
Trzeciorzędowa struktura DNA jest strukturą superskręconą. Oznacza to, że nie tylko dwa łańcuchy skręcają się ze sobą w cząsteczce, ale dla większej zwartości DNA jest owinięte wokół specjalnych białek - histonów. Dzielą się na pięć klas w zależności od zawartości w nich lizyny i argininy.
Ostatni poziom DNA to chromosom. Aby zrozumieć, jak ciasno upakowany jest w niej nośnik informacji genetycznej, wyobraź sobie, co następuje: gdyby Wieża Eiffla przeszła wszystkie etapy zagęszczania, jak DNA, można by ją umieścić w pudełku zapałek.
Chromosomy są pojedyncze (składają się z jednej chromatydy) i podwójne (składają się z dwóch chromatyd). Zapewniają bezpieczne przechowywanieinformacje genetyczne, a jeśli to konieczne, mogą odwrócić się i otworzyć dostęp do żądanego obszaru.
Rodzaje RNA, cechy strukturalne
Oprócz tego, że każdy RNA różni się od DNA swoją pierwotną strukturą (brak tyminy, obecność uracylu), różnią się również następujące poziomy organizacji:
- Transfer RNA (tRNA) to jednoniciowa cząsteczka. Aby spełnić swoją funkcję transportu aminokwasów do miejsca syntezy białek, posiada bardzo nietypową strukturę drugorzędową. Nazywa się "koniczyna". Każda z jego pętli pełni swoją własną funkcję, ale najważniejsze to pień akceptorowy (do którego przyczepiony jest aminokwas) i antykodon (który musi pasować do kodonu na informacyjnym RNA). Trzeciorzędowa struktura tRNA została słabo zbadana, ponieważ bardzo trudno jest wyizolować taką cząsteczkę bez naruszania wysokiego poziomu organizacji. Ale naukowcy mają pewne informacje. Na przykład w drożdżach transferowy RNA ma kształt litery L.
- Messenger RNA (zwany także informacyjnym) pełni funkcję przesyłania informacji z DNA do miejsca syntezy białek. Mówi, jakie białko się ostatecznie okaże, rybosomy poruszają się po nim w procesie syntezy. Jego pierwotna struktura to jednoniciowa cząsteczka. Struktura drugorzędowa jest bardzo złożona, niezbędna do prawidłowego określenia początku syntezy białek. mRNA jest pofałdowany w formie spinek do włosów, na końcach których znajdują się miejsca rozpoczęcia i zakończenia przetwarzania białka.
- Rybosomalny RNA znajduje się w rybosomach. Te organelle składają się z dwóch podcząstek, z których każdajest gospodarzem własnego rRNA. Ten kwas nukleinowy determinuje umiejscowienie wszystkich białek rybosomalnych i centrów funkcjonalnych tej organelli. Pierwotna struktura rRNA jest reprezentowana przez sekwencję nukleotydów, tak jak w poprzednich odmianach kwasu. Wiadomo, że ostatnim etapem fałdowania rRNA jest parowanie końcowych odcinków jednej nici. Powstawanie takich ogonków dodatkowo przyczynia się do zagęszczenia całej konstrukcji.
Funkcje DNA
Kwas dezoksyrybonukleinowy działa jak repozytorium informacji genetycznej. To właśnie w sekwencji jego nukleotydów wszystkie białka naszego ciała są „ukryte”. W DNA są nie tylko przechowywane, ale także dobrze chronione. A nawet jeśli podczas kopiowania wystąpi błąd, zostanie on poprawiony. W ten sposób cały materiał genetyczny zostanie zachowany i trafi do potomstwa.
Aby przekazać informacje potomkom, DNA ma zdolność podwojenia. Ten proces nazywa się replikacją. Tabela porównawcza RNA i DNA pokaże nam, że inny kwas nukleinowy nie może tego zrobić. Ale ma wiele innych funkcji.
Funkcje RNA
Każdy typ RNA ma swoją własną funkcję:
- Transport kwas rybonukleinowy dostarcza aminokwasy do rybosomów, gdzie są przekształcane w białka. tRNA nie tylko dostarcza materiał budulcowy, ale także bierze udział w rozpoznawaniu kodonów. A to, jak prawidłowo zostanie zbudowane białko, zależy od jego pracy.
- Message RNA odczytuje informacje zDNA i przenosi go do miejsca syntezy białek. Tam przyłącza się do rybosomu i dyktuje kolejność aminokwasów w białku.
- Ribosomalne RNA zapewnia integralność struktury organelli, reguluje pracę wszystkich ośrodków funkcjonalnych.
Oto kolejne podobieństwo między DNA i RNA: obydwa troszczą się o informację genetyczną przenoszoną przez komórkę.
Porównanie DNA i RNA
Aby uporządkować wszystkie powyższe informacje, zapiszmy je w tabeli.
| DNA | RNA | |
| Lokalizacja klatki | Jądro, chloroplasty, mitochondria | Jądro, chloroplasty, mitochondria, rybosomy, cytoplazma |
| Monomer | Deoksyrybonukleotydy | Rybonukleotydy |
| Struktura | Helisa dwuniciowa | Pojedynczy łańcuch |
| Nukleotydy | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Funkcje | Stabilny, zdolny do replikacji | Niestabilny, nie można podwoić |
| Funkcje | Przechowywanie i przekazywanie informacji genetycznych | Transfer informacji dziedzicznej (mRNA), funkcja strukturalna (rRNA, mitochondrialny RNA), udział w syntezie białek (mRNA, tRNA, rRNA) |
W związku z tym krótko rozmawialiśmy o podobieństwach między DNA i RNA. Stół będzie nieodzownym pomocnikiem na egzaminie lub prostym przypomnieniem.
Poza tym, czego już dowiedzieliśmy się wcześniej, w tabeli pojawiło się kilka faktów. Na przykład zdolność DNAduplikacja jest niezbędna do podziału komórki, tak aby obie komórki otrzymały w całości prawidłowy materiał genetyczny. Podczas gdy dla RNA podwojenie nie ma sensu. Jeśli komórka potrzebuje innej cząsteczki, syntetyzuje ją z szablonu DNA.
Charakterystyka DNA i RNA okazała się krótka, ale omówiliśmy wszystkie cechy struktury i funkcji. Bardzo ciekawy jest proces translacji - syntezy białek. Po zapoznaniu się z nim staje się jasne, jak dużą rolę odgrywa RNA w życiu komórki. A proces duplikacji DNA jest bardzo ekscytujący. Co warto złamać podwójną helisę i odczytać każdy nukleotyd!
Ucz się czegoś nowego każdego dnia. Zwłaszcza jeśli ta nowa rzecz wydarzy się w każdej komórce twojego ciała.
