Περιεχόμενο
- Νουκλεϊκά Οξέα: Επισκόπηση
- Τι είναι τα νουκλεοτίδια;
- Η δομή του DNA έναντι του RNA
- Σύζευξη βάσης-ζεύγους σε νουκλεϊκά οξέα
- Ο ρόλος του DNA έναντι του RNA σε πρωτεϊνική σύνθεση
- Μετάφραση στο Ribosome
- Άλλες διαφορές μεταξύ DNA και RNA
Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) είναι τα δύο νουκλεϊνικά οξέα που απαντώνται στη φύση. Τα νουκλεϊκά οξέα με τη σειρά τους αντιπροσωπεύουν ένα από τα τέσσερα "μόρια της ζωής" ή βιομόρια. Οι άλλοι είναι πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και λιπίδια. Τα νουκλεϊκά οξέα είναι τα μόνα βιομόρια που δεν μπορούν να μεταβολιστούν για τη δημιουργία τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP, το "νόμισμα ενέργειας" των κυττάρων).
Το DNA και το RNA φέρουν αμφότερες χημικές πληροφορίες υπό τη μορφή ενός σχεδόν πανομοιότυπου και λογικά απλού γενικού κώδικα. Το DNA είναι το δημιουργός του και του τρόπου με τον οποίο μεταδίδεται σε επόμενες γενεές κυττάρων και ολόκληρων οργανισμών. Το RNA είναι το μετακομιστής από τον εντολέα προς τους εργάτες της γραμμής συναρμολόγησης.
Ενώ το DNA ευθύνεται άμεσα για το αγγελιαφόρο RNA (mRNA) σύνθεση στη διαδικασία που ονομάζεται μεταγραφή, το DNA βασίζεται επίσης στο RNA να λειτουργεί σωστά προκειμένου να μεταφέρει τις οδηγίες του σε ριβοσώματα εντός των κυττάρων. Το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων μπορούν επομένως να ειπωθούν ότι έχουν εξελιχθεί σε αλληλεξάρτηση με το καθένα εξίσου ζωτικής σημασίας για την αποστολή της ζωής.
Νουκλεϊκά Οξέα: Επισκόπηση
Νουκλεϊκά οξέα είναι μακρά πολυμερή που αποτελούνται από μεμονωμένα στοιχεία που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από τρία μεμονωμένα στοιχεία: ένα έως τρία φωσφορικές ομάδες, ένα ζάχαρη ριβόζης και ένα από τα τέσσερα είναι δυνατόν αζωτούχων βάσεων.
Σε προκαρυώτες, στους οποίους δεν υπάρχει κυτταρικός πυρήνας, τόσο το DNA όσο και το RNA βρίσκονται ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα. Στα ευκαρυωτικά, που έχουν πυρήνα κυττάρων και διαθέτουν επίσης και εξειδικευμένα οργανίδια, το DNA βρίσκεται κυρίως στον πυρήνα. Αλλά, μπορεί επίσης να βρεθεί στα μιτοχόνδρια και, στα φυτά, μέσα σε χλωροπλάστες.
Το ευκαρυωτικό RNA, εν τω μεταξύ, βρίσκεται στον πυρήνα και στο κυτταρόπλασμα.
Τι είναι τα νουκλεοτίδια;
Ένα νουκλεοτίδιο είναι η μονομερής μονάδα ενός νουκλεϊκού οξέος, εκτός από την ύπαρξη άλλων κυτταρικών λειτουργιών. Ένα νουκλεοτίδιο αποτελείται από ένα πεντο-άνθρακα (πεντόζη) σε μορφή δακτυλίου εσωτερικού πενταμελούς, ένα έως τρία φωσφορικές ομάδες και ένα αζωτούχο βάση.
Στο DNA, υπάρχουν τέσσερις πιθανές βάσεις: αδενίνη (Α) και γουανίνη (G), που είναι πουρίνες και κυτοσίνη (C) και θυμίνη (Τ), οι οποίες είναι πυριμιδίνες. Το RNA περιέχει επίσης Α, G και C, αλλά υποκατάστατα ουρακίλη (U) για θυμίνη.
Στα νουκλεϊνικά οξέα, όλα τα νουκλεοτίδια έχουν μία συνδεδεμένη φωσφορική ομάδα, η οποία μοιράζεται με το επόμενο νουκλεοτίδιο στην αλυσίδα νουκλεϊκού οξέος. Τα ελεύθερα νουκλεοτίδια, ωστόσο, μπορούν να έχουν περισσότερα.
Σαφώς, η διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) και η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) συμμετέχουν σε αμέτρητες μεταβολικές αντιδράσεις στο σώμα σας κάθε δευτερόλεπτο.
Η δομή του DNA έναντι του RNA
Όπως σημειώνεται, ενώ το DNA και το RNA περιέχουν έκαστο δύο αζωτούχες βάσεις πουρίνης και δύο αζωτούχες βάσεις πυριμιδίνης και περιέχουν τις ίδιες βάσεις πουρίνης (Α και G) και μία από τις ίδιες βάσεις πυριμιδίνης (C), διαφέρουν στο ότι το DNA έχει Τ ως δεύτερη βάση πυριμιδίνης, ενώ το RNA έχει U κάθε τόπο Τ θα εμφανιστεί στο DNA.
Τα πουρίνες είναι μεγαλύτερα από τις πυριμιδίνες που περιέχουν δύο ενωμένοι δακτύλιοι που περιέχουν άζωτο στο ένας σε πυριμιδίνες. Αυτό έχει συνέπειες για τη φυσική μορφή στην οποία υπάρχει το DNA στη φύση: το δικό του διπλής έλικας, και, συγκεκριμένα, είναι μια διπλή έλικα. Οι κλώνοι ενώνονται με τις πυριμιδινικές και πουρινικές βάσεις σε γειτονικά νουκλεοτίδια. εάν δύο πουρίνες ή δύο πυριμιδίνες ενώθηκαν, η απόσταση ήταν πολύ μεγάλη ή δύο μικρές αντίστοιχα.
Το RNA, από την άλλη πλευρά, είναι μονόκλωνο.
Η ζάχαρη ριβόζης στο DNA είναι δεοξυριβόζη ενώ αυτό στο RNA είναι ριβόζη. Η δεοξυριβόζη είναι πανομοιότυπη με τη ριβόζη εκτός του ότι η ομάδα υδροξυλίου (-ΟΗ) στη θέση 2-άνθρακα έχει αντικατασταθεί από άτομο υδρογόνου.
Σύζευξη βάσης-ζεύγους σε νουκλεϊκά οξέα
Όπως σημειώνεται, στα νουκλεϊνικά οξέα, οι βάσεις πουρίνης πρέπει να δεσμεύονται με βάσεις πυριμιδίνης για να σχηματίσουν ένα σταθερό δίκλωνο (και τελικά διπλό ελικοειδές) μόριο. Είναι όμως πιο συγκεκριμένο από αυτό. Η πουρίνη Α δεσμεύεται και μόνο στην πυριμιδίνη Τ (ή U), και η πουρίνη G δεσμεύεται και μόνο στην πυριμιδίνη C.
Αυτό σημαίνει ότι όταν γνωρίζετε τη βασική ακολουθία ενός κλώνου DNA, μπορείτε να προσδιορίσετε την ακριβή ακολουθία βάσεων του συμπληρωματικού σκέλους του. Σκεφτείτε τα συμπληρωματικά σκέλη ως αντίστροφα ή φωτογραφικά αρνητικά μεταξύ τους.
Για παράδειγμα, εάν έχετε έναν κλώνο DNA με την ακολουθία βάσης ATTGCCATATG, μπορείτε να συμπεράνετε ότι ο αντίστοιχος συμπληρωματικός κλώνος DNA πρέπει να έχει την ακολουθία βάσης TAACGGTATAC.
Οι κλώνοι RNA είναι ένας μόνο κλώνος, αλλά έρχονται σε διάφορες μορφές σε αντίθεση με το DNA. Επιπρόσθετα mRNA, οι άλλοι δύο κύριοι τύποι RNA είναι το ριβοσωμικό RNA (rRNA) και μεταφορά RNA (tRNA).
Ο ρόλος του DNA έναντι του RNA σε πρωτεϊνική σύνθεση
Το DNA και το RNA περιέχουν αμφότερες γενετικές πληροφορίες. Στην πραγματικότητα, το mRNA περιέχει τις ίδιες πληροφορίες με το DNA από το οποίο κατασκευάστηκε κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, αλλά σε διαφορετική χημική μορφή.
Όταν το ϋΝΑ χρησιμοποιείται ως εκμαγείο για την παρασκευή mRNA κατά τη διάρκεια της μεταγραφής στον πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου, συνθέτει έναν κλώνο που είναι το ανάλογο RNA του συμπληρωματικού κλώνου ϋΝΑ. Με άλλα λόγια, περιέχει ριβόζη και όχι δεοξυριβόζη, και όπου το Τ θα υπάρχει στο DNA, το U υπάρχει.
Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, δημιουργείται ένα προϊόν σχετικά περιορισμένου μήκους. Αυτός ο κλώνος mRNA συνήθως περιέχει τις γενετικές πληροφορίες για ένα μοναδικό μοναδικό πρωτεϊνικό προϊόν.
Κάθε λωρίδα τριών διαδοχικών βάσεων σε mRNA μπορεί να ποικίλει με 64 διαφορετικούς τρόπους, το αποτέλεσμα των τεσσάρων διαφορετικών βάσεων σε κάθε σημείο που τέθηκαν στην τρίτη δύναμη για να ληφθούν υπόψη και τα τρία σημεία. Όπως συμβαίνει, κάθε ένα από τα 20 αμινοξέα από τα οποία τα κύτταρα κατασκευάζουν πρωτεΐνες κωδικοποιείται από ακριβώς μια τέτοια τριάδα βάσεων mRNA, που ονομάζεται τριπλό κωδικόνιο.
Μετάφραση στο Ribosome
Αφού το mRNA συντίθεται από DNA κατά την μεταγραφή, το νέο μόριο μετακινείται από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, περνώντας μέσω της πυρηνικής μεμβράνης μέσω πυρηνικού πόρου. Στη συνέχεια ενώνει τις δυνάμεις με ένα ριβόσωμα, το οποίο μόλις συναντάται από τις δύο υπομονάδες του, ένα μεγάλο και ένα μικρό.
Τα ριβοσώματα είναι οι περιοχές του μετάφραση, ή τη χρήση των πληροφοριών στο mRNA για την παρασκευή της αντίστοιχης πρωτεΐνης.
Κατά τη διάρκεια της μετάφρασης, όταν ο κλώνος mRNA "συνδέεται" στο ριβόσωμα, το αμινοξύ που αντιστοιχεί στις τρεις εκτεθειμένες βάσεις νουκλεοτιδίων - δηλαδή, το τριπλό κωδικόνιο - μεταφέρεται στην περιοχή με tRNA. Ένας υποτύπος του tRNA υπάρχει για κάθε ένα από τα 20 αμινοξέα, καθιστώντας αυτή τη διαδικασία μετακίνησης πιο ομαλή.
Αφού το δεξιό αμινοξύ προσκολληθεί στο ριβόσωμα, μετακινείται γρήγορα σε μια κοντινή ριβοσωματική περιοχή, όπου η πολυπεπτίδιο, ή η αναπτυσσόμενη αλυσίδα αμινοξέων πριν από την άφιξη κάθε νέας προσθήκης, βρίσκεται στο στάδιο της ολοκλήρωσης.
Τα ίδια τα ριβοσώματα αποτελούνται από ένα κατά προσέγγιση ίσο μείγμα πρωτεϊνών και rRNA. Οι δύο υπομονάδες υπάρχουν ως ξεχωριστές οντότητες, εκτός όταν συνθέτουν ενεργά πρωτεΐνες.
Άλλες διαφορές μεταξύ DNA και RNA
Τα μόρια του DNA είναι σημαντικά μεγαλύτερα από τα μόρια του RNA. στην πραγματικότητα, ένα μόριο ϋΝΑ αποτελεί το γενετικό υλικό ενός ολόκληρου χρωμοσώματος, που αντιπροσωπεύει χιλιάδες γονίδια. Επίσης, το γεγονός ότι χωρίζονται σε χρωμοσώματα είναι μια απόδειξη της συγκριτικής τους μάζας.
Αν και το RNA έχει ένα πιο ταπεινό προφίλ, είναι στην πραγματικότητα τα πιο διαφορετικά από τα δύο μόρια από λειτουργική άποψη. Εκτός του ότι έρχεται σε tRNA, μορφές mRNA και rRNA, το RNA μπορεί επίσης να δρα ως καταλύτης (ενισχυτής αντιδράσεων) σε ορισμένες καταστάσεις, όπως κατά τη διάρκεια της μετάφρασης πρωτεΐνης.