Každý živý organizmus v našom svete je iný. Nielen ľudia sa navzájom líšia. Zvieratá a rastliny rovnakého druhu majú tiež rozdiely. Dôvodom nie sú len rozdielne životné podmienky a životné skúsenosti. Individualita každého organizmu je v ňom uložená pomocou genetického materiálu.
Dôležité a zaujímavé otázky o nukleových kyselinách
Ešte pred narodením má každý organizmus svoj vlastný súbor génov, ktorý určuje absolútne všetky štrukturálne vlastnosti. Nejde len o farbu srsti alebo napríklad tvar listov. Dôležitejšie vlastnosti sú stanovené v génoch. Koniec koncov, škrečok sa nemôže narodiť mačke a baobab nemôže vyrásť zo semien pšenice.
A za všetko toto obrovské množstvo informácií sú zodpovedné nukleové kyseliny – molekuly RNA a DNA. Ich význam je veľmi ťažké preceňovať. Koniec koncov, informácie nielen uchovávajú počas života, ale pomáhajú ich realizovať pomocou bielkovín a okrem toho ich odovzdávajú ďalšej generácii. Ako to robia, aká zložitá je štruktúra molekúl DNA a RNA? V čom sú si podobné a aké sú medzi nimi rozdiely? V tomto všetkom mya prídeme na to v ďalších kapitolách článku.
Budeme analyzovať všetky informácie kúsok po kúsku, počnúc úplnými základmi. Najprv sa dozvieme, čo sú nukleové kyseliny, ako boli objavené, potom si povieme o ich štruktúre a funkciách. Na konci článku čakáme na porovnávaciu tabuľku RNA a DNA, do ktorej sa môžete kedykoľvek odvolať.
Čo sú nukleové kyseliny
Nukleové kyseliny sú organické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou, sú to polyméry. V roku 1869 ich prvýkrát opísal Friedrich Miescher, švajčiarsky biochemik. Z buniek hnisu izoloval látku, ktorá obsahuje fosfor a dusík. Za predpokladu, že sa nachádza iba v jadrách, vedec ho nazval nukleín. Ale to, čo zostalo po oddelení bielkovín, sa nazývalo nukleová kyselina.
Jeho monoméry sú nukleotidy. Ich počet v molekule kyseliny je individuálny pre každý druh. Nukleotidy sú molekuly zložené z troch častí:
- monosacharid (pentóza), môže byť dvoch typov – ribóza a deoxyribóza;
- dusíkatá báza (jedna zo štyroch);
- zvyšok kyseliny fosforečnej.
Ďalej sa pozrieme na rozdiely a podobnosti medzi DNA a RNA, zhrnie tabuľka na samom konci článku.
Štrukturálne vlastnosti: pentózy
Prvá podobnosť medzi DNA a RNA je v tom, že obsahujú monosacharidy. Ale pre každú kyselinu sú iné. Podľa toho, ktorá pentóza je v molekule, sa nukleové kyseliny delia na DNA a RNA. DNA obsahuje deoxyribózu, zatiaľ čo RNA obsahujeribóza. Obidve pentózy sa vyskytujú v kyselinách iba v β-forme.
Deoxyribóza nemá na druhom uhlíkovom atóme (označovanom ako 2') žiadny kyslík. Vedci tvrdia, že jeho absencia:
- skracuje prepojenie medzi C2 a C3;
- robí molekulu DNA silnejšou;
- vytvára podmienky pre kompaktné balenie DNA v jadre.
Porovnanie budovy: dusíkaté bázy
Porovnávacia charakterizácia DNA a RNA nie je jednoduchá. Rozdiely sú však viditeľné už od začiatku. Dusíkaté bázy sú najdôležitejšími stavebnými kameňmi v našich molekulách. Sú nositeľmi genetickej informácie. Presnejšie, nie samotné základy, ale ich poradie v reťazci. Sú to puríny a pyrimidín.
Zloženie DNA a RNA sa líši už na úrovni monomérov: v kyseline deoxyribonukleovej nájdeme adenín, guanín, cytozín a tymín. Ale RNA obsahuje uracil namiesto tymínu.
Týchto päť zásad je hlavných (hlavných), tvoria väčšinu nukleových kyselín. Ale okrem nich sú tu aj iní. Stáva sa to veľmi zriedkavo, takéto základy sa nazývajú menšie. Obidve sa nachádzajú v oboch kyselinách - to je ďalšia podobnosť medzi DNA a RNA.
Sekvencia týchto dusíkatých báz (a teda nukleotidov) v reťazci DNA určuje, ktoré proteíny môže daná bunka syntetizovať. Ktoré molekuly sa v danom momente vytvoria, závisí od potrieb tela.
Prejdi naúrovne organizácie nukleových kyselín. Aby boli porovnávacie charakteristiky DNA a RNA čo najkompletnejšie a najobjektívnejšie, zvážime štruktúru každého z nich. DNA má štyri z nich a počet úrovní organizácie v RNA závisí od jej typu.
Objav štruktúry DNA, princípy štruktúry
Všetky organizmy sa delia na prokaryoty a eukaryoty. Táto klasifikácia je založená na konštrukcii jadra. Obaja majú DNA v bunke vo forme chromozómov. Ide o špeciálne štruktúry, v ktorých sú molekuly deoxyribonukleovej kyseliny spojené s proteínmi. DNA má štyri úrovne organizácie.
Primárna štruktúra je reprezentovaná reťazcom nukleotidov, ktorých poradie je prísne dodržané pre každý jednotlivý organizmus a ktoré sú vzájomne prepojené fosfodiesterovými väzbami. Obrovské úspechy v štúdiu štruktúry reťazca DNA dosiahli Chargaff a jeho spolupracovníci. Zistili, že pomery dusíkatých zásad sa riadia určitými zákonmi.
Nazývali sa Chargaffove pravidlá. Prvý z nich uvádza, že súčet purínových zásad sa musí rovnať súčtu pyrimidínov. To sa ukáže po oboznámení sa so sekundárnou štruktúrou DNA. Druhé pravidlo vyplýva z jeho vlastností: molárne pomery A / T a G / C sa rovnajú jednej. Rovnaké pravidlo platí aj pre druhú nukleovú kyselinu – ide o ďalšiu podobnosť medzi DNA a RNA. Len ten druhý má všade uracil namiesto tymínu.
Mnohí vedci tiež začali klasifikovať DNA rôznych druhov podľa väčšieho počtu báz. Ak je súčet "A+T"viac ako "G + C", takáto DNA sa nazýva AT-typ. Ak je to naopak, potom máme do činenia s typom GC DNA.
Model sekundárnej štruktúry navrhli v roku 1953 vedci Watson a Crick a dodnes je všeobecne akceptovaný. Model je dvojitá špirála, ktorá pozostáva z dvoch antiparalelných reťazí. Hlavné charakteristiky sekundárnej štruktúry sú:
- zloženie každého vlákna DNA je prísne špecifické pre daný druh;
- väzba medzi reťazcami je vodík, vytvorený podľa princípu komplementarity dusíkatých zásad;
- polynukleotidové reťazce sa ovíjajú okolo seba a vytvárajú pravotočivú špirálu nazývanú "helix";
- zvyšky kyseliny fosforečnej sa nachádzajú mimo špirály, dusíkaté zásady sú vo vnútri.
Ďalej, hustejšie, tvrdšie
Terciárna štruktúra DNA je nadzávitnicová štruktúra. To znamená, že nielenže sa dva reťazce v molekule navzájom krútia, ale pre väčšiu kompaktnosť je DNA navinutá okolo špeciálnych proteínov - histónov. Sú rozdelené do piatich tried v závislosti od obsahu lyzínu a arginínu v nich.
Poslednou úrovňou DNA je chromozóm. Aby ste pochopili, ako pevne je v ňom zabalený nosič genetickej informácie, predstavte si nasledovné: ak by Eiffelova veža prešla všetkými fázami zhutnenia, podobne ako DNA, mohla by byť umiestnená do škatuľky od zápaliek.
Chromozómy sú jednoduché (pozostávajú z jednej chromatídy) a dvojité (pozostávajú z dvoch chromatíd). Poskytujú bezpečné uloženiegenetické informácie, a ak je to potrebné, môžu sa otočiť a otvoriť prístup do požadovanej oblasti.
Typy RNA, štrukturálne vlastnosti
Okrem skutočnosti, že každá RNA sa líši od DNA svojou primárnou štruktúrou (nedostatok tymínu, prítomnosť uracilu), líšia sa aj tieto úrovne organizácie:
- Transferová RNA (tRNA) je jednovláknová molekula. Aby plnil svoju funkciu transportu aminokyselín do miesta syntézy bielkovín, má veľmi neobvyklú sekundárnu štruktúru. Hovorí sa tomu „ďatelina“. Každá z jeho slučiek plní svoju vlastnú funkciu, ale najdôležitejšie sú akceptorový kmeň (na ňom priľne aminokyselina) a antikodón (ktorý sa musí zhodovať s kodónom na messenger RNA). Terciárna štruktúra tRNA bola málo študovaná, pretože je veľmi ťažké izolovať takúto molekulu bez narušenia vysokej úrovne organizácie. Vedci však majú nejaké informácie. Napríklad v kvasinkách má transferová RNA tvar písmena L.
- Messenger RNA (tiež nazývaná informačná) vykonáva funkciu prenosu informácií z DNA do miesta syntézy bielkovín. Hovorí, aký druh proteínu sa nakoniec ukáže, ribozómy sa po ňom pohybujú v procese syntézy. Jeho primárna štruktúra je jednovláknová molekula. Sekundárna štruktúra je veľmi zložitá, potrebná pre správne určenie štartu syntézy bielkovín. mRNA je zložená vo forme vláseniek, na ktorých koncoch sú miesta pre začiatok a koniec spracovania bielkovín.
- Ribozomálna RNA sa nachádza v ribozómoch. Tieto organely pozostávajú z dvoch podčastíc, z ktorých každáhostí svoju vlastnú rRNA. Táto nukleová kyselina určuje umiestnenie všetkých ribozomálnych proteínov a funkčných centier tejto organely. Primárna štruktúra rRNA je reprezentovaná sekvenciou nukleotidov, ako v predchádzajúcich druhoch kyseliny. Je známe, že konečným štádiom skladania rRNA je párovanie koncových úsekov jedného vlákna. Tvorba takýchto stopiek dodatočne prispieva k zhutneniu celej štruktúry.
Funkcie DNA
Deoxyribonukleová kyselina funguje ako úložisko genetických informácií. Práve v poradí jeho nukleotidov sú „skryté“všetky proteíny nášho tela. V DNA sú nielen uložené, ale aj dobre chránené. A aj keď sa pri kopírovaní vyskytne chyba, bude opravená. Všetok genetický materiál tak zostane zachovaný a dostane sa k potomstvu.
Na prenos informácií potomkom má DNA schopnosť zdvojnásobiť sa. Tento proces sa nazýva replikácia. Porovnávacia tabuľka RNA a DNA nám ukáže, že iná nukleová kyselina to nedokáže. Má však mnoho ďalších funkcií.
Funkcie RNA
Každý typ RNA má svoju vlastnú funkciu:
- Transport ribonukleová kyselina dodáva aminokyseliny do ribozómov, kde sa z nich tvoria proteíny. tRNA prináša nielen stavebný materiál, ale podieľa sa aj na rozpoznávaní kodónov. A ako správne bude proteín vytvorený, závisí od jeho práce.
- Správa RNA číta informácie zDNA a prenáša ju do miesta syntézy bielkovín. Tam sa viaže na ribozóm a určuje poradie aminokyselín v proteíne.
- Ribozomálna RNA zabezpečuje integritu štruktúry organely, reguluje prácu všetkých funkčných centier.
Tu je ďalšia podobnosť medzi DNA a RNA: obe sa starajú o genetickú informáciu, ktorú bunka nesie.
Porovnanie DNA a RNA
Ak chcete usporiadať všetky vyššie uvedené informácie, zapíšme si ich do tabuľky.
| DNA | RNA | |
| Umiestnenie klietky | Jadro, chloroplasty, mitochondrie | Jadro, chloroplasty, mitochondrie, ribozómy, cytoplazma |
| Monomér | Deoxyribonukleotidy | Ribonukleotidy |
| Štruktúra | Dvojvláknová špirála | Jeden reťazec |
| Nukleotidy | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Funkcie | Stabilný, schopný replikácie | Labilné, nedá sa zdvojnásobiť |
| Funkcie | Uchovávanie a prenos genetických informácií | Prenos dedičnej informácie (mRNA), štrukturálna funkcia (rRNA, mitochondriálna RNA), účasť na syntéze bielkovín (mRNA, tRNA, rRNA) |
V krátkosti sme teda hovorili o podobnostiach medzi DNA a RNA. Stôl bude nepostrádateľným pomocníkom pri skúške alebo jednoduchou pripomienkou.
Okrem toho, čo sme sa už dozvedeli skôr, sa v tabuľke objavilo niekoľko faktov. Napríklad schopnosť DNAduplikácia je potrebná na delenie buniek, aby obe bunky dostali správny genetický materiál v plnom rozsahu. Zatiaľ čo pre RNA nemá zdvojnásobenie zmysel. Ak bunka potrebuje ďalšiu molekulu, syntetizuje si ju zo šablóny DNA.
Charakteristiky DNA a RNA sa ukázali byť stručné, ale pokryli sme všetky vlastnosti štruktúry a funkcií. Veľmi zaujímavý je proces translácie – syntézy bielkovín. Po zoznámení sa s ňou je jasné, akú veľkú úlohu zohráva RNA v živote bunky. A proces duplikácie DNA je veľmi vzrušujúci. Čo stojí za prelomenie dvojitej špirály a prečítanie každého nukleotidu!
Naučte sa každý deň niečo nové. Najmä ak sa táto nová vec deje v každej bunke vášho tela.
