Jokainen elävä organismi maailmassamme on erilainen. Ei vain ihmiset eroa toisistaan. Saman lajin eläimillä ja kasveilla on myös eroja. Syynä tähän eivät ole vain erilaiset elinolosuhteet ja elämänkokemus. Jokaisen organismin yksilöllisyys määräytyy siihen geneettisen materiaalin avulla.
Tärkeitä ja mielenkiintoisia kysymyksiä nukleiinihapoista
Jo ennen syntymää jokaisella organismilla on omat geenisarjansa, jotka määräävät ehdottomasti kaikki rakenteelliset piirteet. Se ei ole vain esimerkiksi turkin väri tai lehtien muoto. Tärkeämmät ominaisuudet ovat geeneissä. Hamsteri ei voi syntyä kissalle, eikä baobab voi kasvaa vehnän siemenistä.
Ja nukleiinihapot - RNA- ja DNA-molekyylit - ovat vastuussa kaikesta tästä v altavasta informaatiomäärästä. Niiden merkitystä on erittäin vaikea yliarvioida. Loppujen lopuksi ne eivät vain tallenna tietoa koko elämän ajan, vaan auttavat sen toteuttamisessa proteiinien avulla ja tämän lisäksi välittävät sen seuraavalle sukupolvelle. Miten he tekevät sen, kuinka monimutkaisia ovat DNA- ja RNA-molekyylien rakenne? Miten ne ovat samanlaisia ja mitä eroja niillä on? Kaikessa tässä meja selvitämme sen artikkelin seuraavissa luvuissa.
Analysoimme kaikki tiedot pala kerrallaan aloittaen aivan perusasioista. Ensin opimme, mitä nukleiinihapot ovat, miten ne löydettiin, sitten puhumme niiden rakenteesta ja toiminnoista. Artikkelin lopussa odotamme RNA:n ja DNA:n vertailutaulukkoa, johon voit viitata milloin tahansa.
Mitä ovat nukleiinihapot
Nukleiinihapot ovat orgaanisia yhdisteitä, joilla on korkea molekyylipaino, polymeerejä. Vuonna 1869 sveitsiläinen biokemisti Friedrich Miescher kuvasi ne ensimmäisen kerran. Hän eristi mätäsoluista aineen, joka sisältää fosforia ja typpeä. Olettaen, että se sijaitsee vain ytimissä, tiedemies kutsui sitä nukleiiniksi. Mutta se, mikä jäi jäljelle proteiinien erottamisen jälkeen, kutsuttiin nukleiinihapoksi.
Sen monomeerit ovat nukleotideja. Niiden lukumäärä happomolekyylissä on yksilöllinen jokaiselle lajille. Nukleotidit ovat molekyylejä, jotka koostuvat kolmesta osasta:
- monosakkaridi (pentoosi), voi olla kahta tyyppiä - riboosi ja deoksiriboosi;
- typpipohjainen (yksi neljästä);
- fosforihappojäännös.
Seuraavaksi tarkastelemme eroja ja yhtäläisyyksiä DNA:n ja RNA:n välillä, artikkelin lopussa oleva taulukko tekee yhteenvedon.
Rakenteelliset ominaisuudet: pentoosit
Ensimmäinen samank altaisuus DNA:n ja RNA:n välillä on, että ne sisältävät monosakkarideja. Mutta jokaiselle hapolle ne ovat erilaisia. Riippuen siitä, mitä pentoosia molekyylissä on, nukleiinihapot jaetaan DNA:han ja RNA:han. DNA sisältää deoksiriboosia, kun taas RNA sisältääriboosi. Molemmat pentoosit esiintyvät hapoissa vain β-muodossa.
Deoksiriboosissa ei ole happea toisessa hiiliatomissa (merkitty numerolla 2'). Tutkijat ehdottavat, että sen puuttuminen:
- lyhentää linkkiä C2 ja C3;
- tekee DNA-molekyylistä vahvemman;
- luo olosuhteet kompaktille DNA:n pakkaamiselle ytimeen.
Rakennusvertailu: typpipitoiset emäkset
DNA:n ja RNA:n vertaileva karakterisointi ei ole helppoa. Mutta erot näkyvät heti alusta alkaen. Typpipitoiset emäkset ovat molekyyleidemme tärkeimpiä rakennuspalikoita. He kuljettavat geneettistä tietoa. Tarkemmin sanottuna ei itse tukikohdat, vaan niiden järjestys ketjussa. Ne ovat puriinia ja pyrimidiiniä.
DNA:n ja RNA:n koostumus eroaa jo monomeerien tasolla: deoksiribonukleiinihaposta löytyy adeniinia, guaniinia, sytosiinia ja tymiiniä. Mutta RNA sisältää urasiilia tymiinin sijaan.
Nämä viisi emästä ovat tärkeimmät (tärkeimmät), ne muodostavat suurimman osan nukleiinihapoista. Mutta heidän lisäksi on muitakin. Tämä tapahtuu hyvin harvoin, tällaisia emäksiä kutsutaan vähäisiksi. Molempia löytyy molemmista hapoista - tämä on toinen samank altaisuus DNA:n ja RNA:n välillä.
Näiden typpipitoisten emästen (ja vastaavasti nukleotidien) sekvenssi DNA-ketjussa määrittää, mitä proteiineja tietty solu voi syntetisoida. Mitkä molekyylit muodostuvat tietyllä hetkellä riippuu kehon tarpeista.
Siirrynukleiinihappojen järjestäytymistasot. Jotta DNA:n ja RNA:n vertailuominaisuudet olisivat mahdollisimman täydellisiä ja objektiivisia, tarkastelemme kunkin rakennetta. DNA:ssa on niitä neljä, ja RNA:n organisoitumistasojen lukumäärä riippuu sen tyypistä.
DNA:n rakenteen löytö, rakenteen periaatteet
Kaikki organismit on jaettu prokaryooteihin ja eukaryooteihin. Tämä luokitus perustuu ytimen suunnitteluun. Molemmilla on DNA:ta solussa kromosomien muodossa. Nämä ovat erityisiä rakenteita, joissa deoksiribonukleiinihappomolekyylit liittyvät proteiineihin. DNA:lla on neljä organisaatiotasoa.
Primäärirakennetta edustaa nukleotidiketju, jonka sekvenssiä noudatetaan tarkasti kunkin yksittäisen organismin kohdalla ja jotka on liitetty toisiinsa fosfodiesterisidoksilla. Chargaff ja hänen työtoverinsa saavuttivat v altavia menestyksiä DNA-juosteen rakenteen tutkimuksessa. He selvittivät, että typpipitoisten emästen suhteet noudattavat tiettyjä lakeja.
Niitä kutsuttiin Chargaff-säännöiksi. Ensimmäinen näistä väittää, että puriiniemästen summan on oltava yhtä suuri kuin pyrimidiinien summa. Tämä selviää DNA:n sekundaarirakenteeseen tutustumisen jälkeen. Toinen sääntö seuraa sen ominaisuuksista: moolisuhteet A / T ja G / C ovat yhtä. Sama sääntö pätee toiseen nukleiinihappoon - tämä on toinen samank altaisuus DNA:n ja RNA:n välillä. Vain toisessa on urasiilia tymiinin sijasta kaikkialla.
Myös monet tutkijat alkoivat luokitella eri lajien DNA:ta suuremman emäsmäärän mukaan. Jos summa on "A+T"enemmän kuin "G + C", tällaista DNA:ta kutsutaan AT-tyypiksi. Jos asia on päinvastoin, niin kyseessä on GC-tyyppinen DNA.
Sekundaarirakennemallia ehdottivat vuonna 1953 tutkijat Watson ja Crick, ja se on edelleen yleisesti hyväksytty. Malli on kaksoiskierre, joka koostuu kahdesta vastasuuntaisesta ketjusta. Toissijaisen rakenteen pääominaisuudet ovat:
- kunkin DNA-juosteen koostumus on tiukasti lajikohtainen;
- sidos ketjujen välillä on vety, joka muodostuu typpipitoisten emästen komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti;
- polynukleotidiketjut kietoutuvat toistensa ympärille muodostaen oikeakätisen kierteen nimeltä "helix";
- fosforihappojäämät sijaitsevat heliksin ulkopuolella, typpipitoiset emäkset ovat sisällä.
Edelleen, tiheämpi, kovempi
DNA:n tertiäärinen rakenne on superkierteinen rakenne. Eli ei vain kaksi ketjua kierry toistensa kanssa molekyylissä, vaan suuremman tiiviyden vuoksi DNA kierretään erityisten proteiinien - histonien - ympärille. Ne on jaettu viiteen luokkaan niiden lysiinin ja arginiinin pitoisuuden mukaan.
DNA:n viimeinen taso on kromosomi. Ymmärtääksesi kuinka tiiviisti geneettisen tiedon kantaja siihen on pakattu, kuvittele seuraavaa: jos Eiffel-torni kävisi läpi kaikki tiivistymisvaiheet, kuten DNA, se voitaisiin sijoittaa tulitikkurasiaan.
Kromosomit ovat yksittäisiä (koostuvat yhdestä kromatidista) ja kaksinkertaisia (koostuvat kahdesta kromatidista). Ne tarjoavat turvallisen säilytyksengeneettistä tietoa, ja tarvittaessa he voivat kääntyä ympäri ja avata pääsyn halutulle alueelle.
RNA-tyypit, rakenteelliset ominaisuudet
Sen lisäksi, että mikä tahansa RNA eroaa DNA:sta primäärirakenteeltaan (tymiinin puute, urasiilin esiintyminen), myös seuraavat organisoitumistasot eroavat toisistaan:
- Siirto-RNA (tRNA) on yksijuosteinen molekyyli. Täyttääkseen tehtävänsä kuljettaa aminohappoja proteiinisynteesikohtaan, sillä on hyvin epätavallinen toissijainen rakenne. Sitä kutsutaan "apilanlehdeksi". Jokainen sen silmukka suorittaa oman tehtävänsä, mutta tärkeimmät ovat akseptorivarsi (aminohappo takertuu siihen) ja antikodoni (jonka täytyy vastata lähetti-RNA:n kodonia). tRNA:n tertiääristä rakennetta on tutkittu vähän, koska tällaista molekyyliä on erittäin vaikea eristää häiritsemättä korkeaa organisoitumistasoa. Mutta tiedemiehillä on tietoa. Esimerkiksi hiivassa siirto-RNA on L-kirjaimen muotoinen.
- Messenger-RNA (kutsutaan myös informaatioksi) suorittaa tiedon siirtämisen DNA:sta proteiinisynteesikohtaan. Hän kertoo, millainen proteiini lopulta muodostuu, ribosomit liikkuvat sitä pitkin synteesiprosessissa. Sen päärakenne on yksijuosteinen molekyyli. Toissijainen rakenne on erittäin monimutkainen, välttämätön proteiinisynteesin alkamisen oikealle määrittämiselle. mRNA on laskostettu hiusneulojen muodossa, joiden päissä on paikat proteiinien prosessoinnin alkuun ja loppumiseen.
- Ribosomaalista RNA:ta löytyy ribosomeista. Nämä organellit koostuvat kahdesta osahiukkasesta, joista jokainenisännöi omaa rRNA:ta. Tämä nukleiinihappo määrittää kaikkien ribosomaalisten proteiinien ja tämän organellin toiminnallisten keskusten sijainnin. rRNA:n primäärirakennetta edustaa nukleotidisekvenssi, kuten aikaisemmissa happolajikkeissa. Tiedetään, että rRNA:n laskostumisen viimeinen vaihe on yhden juosteen terminaalisten osien pariutuminen. Tällaisten lehtilehtien muodostuminen edistää lisäksi koko rakenteen tiivistymistä.
DNA-toiminnot
Deoksiribonukleiinihappo toimii geneettisen tiedon varastona. Kaikki kehomme proteiinit ovat "piilotettu" sen nukleotidisekvenssissä. DNA:ssa ne eivät ole vain varastoituja, vaan myös hyvin suojattuja. Ja vaikka kopioinnin aikana tapahtuisi virhe, se korjataan. Siten kaikki geneettinen materiaali säilyy ja se saavuttaa jälkeläiset.
Jotta välittää tietoa jälkeläisille, DNA:lla on kyky kaksinkertaistua. Tätä prosessia kutsutaan replikaatioksi. RNA:n ja DNA:n vertaileva taulukko osoittaa meille, että toinen nukleiinihappo ei voi tehdä tätä. Mutta sillä on monia muita toimintoja.
RNA-toiminnot
Jokaisella RNA-tyypillä on oma toimintonsa:
- Kuljetusribonukleiinihappo kuljettaa aminohappoja ribosomeihin, joissa niistä tehdään proteiineja. tRNA ei ainoastaan tuo rakennusmateriaalia, vaan se osallistuu myös kodonien tunnistamiseen. Ja kuinka oikein proteiini rakennetaan, riippuu sen työstä.
- Viesti RNA lukee tiedotDNA ja kuljettaa sen proteiinisynteesikohtaan. Siellä se kiinnittyy ribosomiin ja sanelee aminohappojen järjestyksen proteiinissa.
- Ribosomaalinen RNA varmistaa organellin rakenteen eheyden, säätelee kaikkien toiminnallisten keskusten toimintaa.
Tässä on toinen samank altaisuus DNA:n ja RNA:n välillä: ne molemmat huolehtivat solun kuljettamasta geneettisestä tiedosta.
DNA:n ja RNA:n vertailu
Jos haluat järjestää kaikki yllä olevat tiedot, kirjoitetaan ne kaikki taulukkoon.
| DNA | RNA | |
| Häkin sijainti | Ydin, kloroplastit, mitokondriot | Ydin, kloroplastit, mitokondriot, ribosomit, sytoplasma |
| Monomeeri | Deoksiribonukleotidit | Ribonukleotidit |
| Rakenne | Kaksisäikeinen heliksi | Yksiketjuinen |
| Nukleotidit | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Ominaisuudet | Vakaa, voi replikoida | Labile, ei voi tuplata |
| Toiminnot | Geneettisen tiedon tallennus ja siirto | Perinnöllisen tiedon siirto (mRNA), rakennetoiminto (rRNA, mitokondrio-RNA), osallistuminen proteiinisynteesiin (mRNA, tRNA, rRNA) |
Puhuimme siis lyhyesti DNA:n ja RNA:n samank altaisuuksista. Taulukko on välttämätön apu kokeessa tai yksinkertainen muistutus.
Aiemmin oppimiemme lisäksi taulukkoon ilmestyi useita tosiasioita. Esimerkiksi DNA:n kykykaksinkertaistuminen on välttämätöntä solun jakautumiselle, jotta molemmat solut saavat oikean geneettisen materiaalin täysimääräisesti. RNA:n tapauksessa kaksinkertaistamisessa ei ole mitään järkeä. Jos solu tarvitsee toisen molekyylin, se syntetisoi sen DNA-templaatista.
DNA:n ja RNA:n ominaisuudet osoittautuivat lyhyiksi, mutta käsitimme kaikki rakenteen ja toimintojen piirteet. Translaatioprosessi - proteiinisynteesi - on erittäin mielenkiintoinen. Siihen tutustumisen jälkeen käy selväksi, kuinka suuri rooli RNA:lla on solun elämässä. Ja DNA-kaksoisprosessi on erittäin jännittävä. Mitä kannattaa katkaista kaksoiskierre ja lukea jokainen nukleotidi!
Opi jotain uutta joka päivä. Varsinkin jos tämä uusi asia tapahtuu kehosi jokaisessa solussa.
