Κάθε ζωντανός οργανισμός στον κόσμο μας είναι διαφορετικός. Δεν διαφέρουν μόνο οι άνθρωποι μεταξύ τους. Τα ζώα και τα φυτά του ίδιου είδους έχουν επίσης διαφορές. Ο λόγος για αυτό δεν είναι μόνο οι διαφορετικές συνθήκες διαβίωσης και η εμπειρία ζωής. Η ατομικότητα κάθε οργανισμού καθορίζεται σε αυτόν με τη βοήθεια του γενετικού υλικού.
Σημαντικές και ενδιαφέρουσες ερωτήσεις σχετικά με τα νουκλεϊκά οξέα
Ακόμη και πριν από τη γέννηση, κάθε οργανισμός έχει το δικό του σύνολο γονιδίων, το οποίο καθορίζει απολύτως όλα τα δομικά χαρακτηριστικά. Δεν είναι μόνο το χρώμα του τριχώματος ή το σχήμα των φύλλων, για παράδειγμα. Πιο σημαντικά χαρακτηριστικά καθορίζονται στα γονίδια. Εξάλλου, ένα χάμστερ δεν μπορεί να γεννηθεί από μια γάτα και ένα μπαομπάμπ δεν μπορεί να αναπτυχθεί από σπόρους σιταριού.
Και τα νουκλεϊκά οξέα - μόρια RNA και DNA - είναι υπεύθυνα για όλη αυτή την τεράστια ποσότητα πληροφοριών. Η σημασία τους είναι πολύ δύσκολο να υπερεκτιμηθεί. Άλλωστε, όχι μόνο αποθηκεύουν πληροφορίες σε όλη τη διάρκεια της ζωής τους, αλλά βοηθούν στην συνειδητοποίησή τους με τη βοήθεια πρωτεϊνών, και εκτός από αυτό, τις μεταδίδουν στην επόμενη γενιά. Πώς το κάνουν, πόσο πολύπλοκη είναι η δομή των μορίων DNA και RNA; Πώς μοιάζουν και ποιες οι διαφορές τους; Σε όλα αυτά εμείςκαι θα το καταλάβουμε στα επόμενα κεφάλαια του άρθρου.
Θα αναλύσουμε όλες τις πληροφορίες κομμάτι προς κομμάτι, ξεκινώντας από τα πολύ βασικά. Αρχικά, θα μάθουμε τι είναι τα νουκλεϊκά οξέα, πώς ανακαλύφθηκαν και στη συνέχεια θα μιλήσουμε για τη δομή και τις λειτουργίες τους. Στο τέλος του άρθρου, περιμένουμε έναν συγκριτικό πίνακα RNA και DNA, στον οποίο μπορείτε να ανατρέξετε ανά πάσα στιγμή.
Τι είναι τα νουκλεϊκά οξέα
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι οργανικές ενώσεις με υψηλό μοριακό βάρος, είναι πολυμερή. Το 1869 περιγράφηκαν για πρώτη φορά από τον Friedrich Miescher, έναν Ελβετό βιοχημικό. Απομόνωσε μια ουσία, η οποία περιλαμβάνει φώσφορο και άζωτο, από κύτταρα πύου. Υποθέτοντας ότι βρίσκεται μόνο στους πυρήνες, ο επιστήμονας το ονόμασε νουκλεΐνη. Αλλά αυτό που έμεινε μετά τον διαχωρισμό των πρωτεϊνών ονομάστηκε νουκλεϊκό οξύ.
Τα μονομερή του είναι νουκλεοτίδια. Ο αριθμός τους σε ένα μόριο οξέος είναι ατομικός για κάθε είδος. Τα νουκλεοτίδια είναι μόρια που αποτελούνται από τρία μέρη:
- μονοσακχαρίτης (πεντόζη), μπορεί να είναι δύο τύπων - ριβόζη και δεοξυριβόζη;
- αζωτούχα βάση (μία από τις τέσσερις);
- υπόλειμμα φωσφορικού οξέος.
Στη συνέχεια, θα εξετάσουμε τις διαφορές και τις ομοιότητες μεταξύ DNA και RNA, ο πίνακας στο τέλος του άρθρου θα συνοψίσει.
Δομικά χαρακτηριστικά: πεντόζες
Η πρώτη ομοιότητα μεταξύ DNA και RNA είναι ότι περιέχουν μονοσακχαρίτες. Αλλά για κάθε οξύ είναι διαφορετικά. Ανάλογα με το ποια πεντόζη βρίσκεται στο μόριο, τα νουκλεϊκά οξέα χωρίζονται σε DNA και RNA. Το DNA περιέχει δεοξυριβόζη, ενώ το RNA περιέχειριβόζη. Και οι δύο πεντόζες εμφανίζονται στα οξέα μόνο στη β-μορφή.
Η δεοξυριβόζη δεν έχει οξυγόνο στο δεύτερο άτομο άνθρακα (που συμβολίζεται ως 2'). Οι επιστήμονες προτείνουν την απουσία του:
-
Το
- συντομεύει τη σύνδεση μεταξύ C2 και C3;
- κάνει το μόριο DNA ισχυρότερο;
- Το δημιουργεί τις συνθήκες για συμπαγές συσσώρευση DNA στον πυρήνα.
Σύγκριση κτιρίου: Αζωτούχες βάσεις
Ο συγκριτικός χαρακτηρισμός του DNA και του RNA δεν είναι εύκολος. Όμως οι διαφορές είναι ορατές από την αρχή. Οι αζωτούχες βάσεις είναι τα πιο σημαντικά δομικά στοιχεία στα μόριά μας. Μεταφέρουν τη γενετική πληροφορία. Πιο συγκεκριμένα, όχι οι ίδιες οι βάσεις, αλλά η σειρά τους στην αλυσίδα. Είναι πουρίνη και πυριμιδίνη.
Η σύνθεση του DNA και του RNA διαφέρει ήδη στο επίπεδο των μονομερών: στο δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ μπορούμε να βρούμε αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη. Αλλά το RNA περιέχει ουρακίλη αντί για θυμίνη.
Αυτές οι πέντε βάσεις είναι οι κύριες (κυριότερες), αποτελούν τα περισσότερα από τα νουκλεϊκά οξέα. Εκτός όμως από αυτούς, υπάρχουν και άλλοι. Αυτό συμβαίνει πολύ σπάνια, τέτοιες βάσεις ονομάζονται δευτερεύουσες. Και τα δύο βρίσκονται και στα δύο οξέα - αυτή είναι μια άλλη ομοιότητα μεταξύ DNA και RNA.
Η αλληλουχία αυτών των αζωτούχων βάσεων (και, κατά συνέπεια, των νουκλεοτιδίων) στην αλυσίδα του DNA καθορίζει ποιες πρωτεΐνες μπορεί να συνθέσει ένα δεδομένο κύτταρο. Ποια μόρια θα δημιουργηθούν σε μια δεδομένη στιγμή εξαρτάται από τις ανάγκες του σώματος.
Μετάβαση στοεπίπεδα οργάνωσης των νουκλεϊκών οξέων. Για να είναι όσο το δυνατόν πληρέστερα και αντικειμενικά τα συγκριτικά χαρακτηριστικά του DNA και του RNA, θα εξετάσουμε τη δομή του καθενός. Το DNA έχει τέσσερα από αυτά και ο αριθμός των επιπέδων οργάνωσης στο RNA εξαρτάται από τον τύπο του.
Ανακάλυψη της δομής του DNA, αρχές δομής
Όλοι οι οργανισμοί χωρίζονται σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες. Αυτή η ταξινόμηση βασίζεται στο σχεδιασμό του πυρήνα. Και τα δύο έχουν DNA στο κύτταρο με τη μορφή χρωμοσωμάτων. Πρόκειται για ειδικές δομές στις οποίες τα μόρια δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος συνδέονται με πρωτεΐνες. Το DNA έχει τέσσερα επίπεδα οργάνωσης.
Η πρωτογενής δομή αντιπροσωπεύεται από μια αλυσίδα νουκλεοτιδίων, η αλληλουχία των οποίων τηρείται αυστηρά για κάθε μεμονωμένο οργανισμό και τα οποία αλληλοσυνδέονται με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Τεράστιες επιτυχίες στη μελέτη της δομής του κλώνου του DNA πέτυχαν ο Chargaff και οι συνεργάτες του. Προσδιόρισαν ότι οι αναλογίες των αζωτούχων βάσεων υπακούουν σε ορισμένους νόμους.
Ονομάζονταν κανόνες Chargaff. Το πρώτο από αυτά δηλώνει ότι το άθροισμα των βάσεων πουρίνης πρέπει να είναι ίσο με το άθροισμα των πυριμιδινών. Αυτό θα γίνει σαφές αφού εξοικειωθείτε με τη δευτερογενή δομή του DNA. Ο δεύτερος κανόνας προκύπτει από τα χαρακτηριστικά του: οι μοριακές αναλογίες A / T και G / C είναι ίσες με ένα. Ο ίδιος κανόνας ισχύει και για το δεύτερο νουκλεϊκό οξύ - αυτή είναι μια άλλη ομοιότητα μεταξύ DNA και RNA. Μόνο το δεύτερο έχει παντού ουρακίλη αντί για θυμίνη.
Επίσης, πολλοί επιστήμονες άρχισαν να ταξινομούν το DNA διαφορετικών ειδών σύμφωνα με μεγαλύτερο αριθμό βάσεων. Αν το άθροισμα είναι "A+T"περισσότερο από "G + C", ένα τέτοιο DNA ονομάζεται ΑΤ-τύπου. Αν είναι το αντίστροφο, τότε έχουμε να κάνουμε με τον τύπο του DNA GC.
Το μοντέλο δευτερογενούς δομής προτάθηκε το 1953 από τους επιστήμονες Watson και Crick, και εξακολουθεί να είναι γενικά αποδεκτό σήμερα. Το μοντέλο είναι μια διπλή έλικα, η οποία αποτελείται από δύο αντιπαράλληλες αλυσίδες. Τα κύρια χαρακτηριστικά της δευτερεύουσας δομής είναι:
- η σύνθεση κάθε κλώνου DNA είναι αυστηρά ειδική για το είδος;
- ο δεσμός μεταξύ των αλυσίδων είναι υδρογόνο, που σχηματίζεται σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας των αζωτούχων βάσεων·
- πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες τυλίγονται η μία γύρω από την άλλη, σχηματίζοντας μια δεξιόστροφη έλικα που ονομάζεται "έλικα";
- τα υπολείμματα φωσφορικού οξέος βρίσκονται έξω από την έλικα, οι αζωτούχες βάσεις βρίσκονται μέσα.
Περαιτέρω, πιο πυκνό, πιο σκληρό
Η τριτοταγής δομή του DNA είναι μια υπερτυλιγμένη δομή. Δηλαδή, όχι μόνο δύο αλυσίδες συστρέφονται μεταξύ τους σε ένα μόριο, για μεγαλύτερη συμπαγή, το DNA τυλίγεται γύρω από ειδικές πρωτεΐνες - ιστόνες. Χωρίζονται σε πέντε κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητα τους σε λυσίνη και αργινίνη.
Το τελευταίο επίπεδο του DNA είναι το χρωμόσωμα. Για να καταλάβετε πόσο σφιχτά είναι συσκευασμένος ο φορέας της γενετικής πληροφορίας, φανταστείτε το εξής: εάν ο Πύργος του Άιφελ περνούσε από όλα τα στάδια συμπίεσης, όπως το DNA, θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε ένα σπιρτόκουτο.
Τα χρωμοσώματα είναι απλά (αποτελούνται από μία χρωματίδα) και διπλά (αποτελούνται από δύο χρωματίδες). Παρέχουν ασφαλή αποθήκευσηγενετικές πληροφορίες και, εάν είναι απαραίτητο, μπορούν να γυρίσουν και να ανοίξουν πρόσβαση στην επιθυμητή περιοχή.
Τύποι RNA, δομικά χαρακτηριστικά
Εκτός από το γεγονός ότι οποιοδήποτε RNA διαφέρει από το DNA στην πρωτογενή του δομή (έλλειψη θυμίνης, παρουσία ουρακίλης), διαφέρουν επίσης τα ακόλουθα επίπεδα οργάνωσης:
- Το RNA μεταφοράς (tRNA) είναι ένα μονόκλωνο μόριο. Προκειμένου να εκπληρώσει τη λειτουργία του να μεταφέρει αμινοξέα στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης, έχει μια πολύ ασυνήθιστη δευτερογενή δομή. Λέγεται «τριφυλλόφυλλο». Κάθε βρόχος του εκτελεί τη δική του λειτουργία, αλλά τα πιο σημαντικά είναι το στέλεχος δέκτη (ένα αμινοξύ προσκολλάται σε αυτό) και το αντικωδικόνιο (το οποίο πρέπει να ταιριάζει με το κωδικόνιο στο αγγελιοφόρο RNA). Η τριτογενής δομή του tRNA έχει μελετηθεί ελάχιστα, επειδή είναι πολύ δύσκολο να απομονωθεί ένα τέτοιο μόριο χωρίς να διαταραχθεί το υψηλό επίπεδο οργάνωσης. Όμως οι επιστήμονες έχουν κάποιες πληροφορίες. Για παράδειγμα, στη ζύμη, το RNA μεταφοράς έχει σχήμα όπως το γράμμα L.
- Το αγγελιοφόρο RNA (ονομάζεται επίσης πληροφοριακό) εκτελεί τη λειτουργία της μεταφοράς πληροφοριών από το DNA στο σημείο της πρωτεϊνοσύνθεσης. Λέει τι είδους πρωτεΐνη θα αποδειχθεί στο τέλος, τα ριβοσώματα κινούνται κατά μήκος της στη διαδικασία της σύνθεσης. Η κύρια δομή του είναι ένα μονόκλωνο μόριο. Η δευτερογενής δομή είναι πολύ περίπλοκη, απαραίτητη για τον σωστό προσδιορισμό της έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης. Το mRNA διπλώνεται με τη μορφή φουρκέτες, στα άκρα των οποίων υπάρχουν θέσεις για την έναρξη και το τέλος της επεξεργασίας πρωτεΐνης.
- Το Ριβοσωμικό RNA βρίσκεται στα ριβοσώματα. Αυτά τα οργανίδια αποτελούνται από δύο υποσωματίδια, καθένα από τα οποίαφιλοξενεί το δικό του rRNA. Αυτό το νουκλεϊκό οξύ καθορίζει την τοποθέτηση όλων των ριβοσωμικών πρωτεϊνών και των λειτουργικών κέντρων αυτού του οργανιδίου. Η πρωτογενής δομή του rRNA αντιπροσωπεύεται από μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων, όπως σε προηγούμενες ποικιλίες οξέος. Είναι γνωστό ότι το τελικό στάδιο της αναδίπλωσης του rRNA είναι το ζευγάρωμα των τερματικών τμημάτων ενός κλώνου. Ο σχηματισμός τέτοιων μίσχων συμβάλλει επιπλέον στη συμπύκνωση ολόκληρης της δομής.
Λειτουργίες DNA
Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ δρα ως αποθήκη γενετικών πληροφοριών. Είναι στην αλληλουχία των νουκλεοτιδίων του που «κρύβονται» όλες οι πρωτεΐνες του σώματός μας. Στο DNA, όχι μόνο αποθηκεύονται, αλλά και προστατεύονται καλά. Και ακόμα κι αν παρουσιαστεί κάποιο σφάλμα κατά την αντιγραφή, θα διορθωθεί. Έτσι, όλο το γενετικό υλικό θα διατηρηθεί και θα φτάσει στους απογόνους.
Για τη μετάδοση πληροφοριών στους απογόνους, το DNA έχει την ικανότητα να διπλασιάζεται. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντιγραφή. Ένας συγκριτικός πίνακας RNA και DNA θα μας δείξει ότι ένα άλλο νουκλεϊκό οξύ δεν μπορεί να το κάνει αυτό. Αλλά έχει πολλές άλλες λειτουργίες.
Συναρτήσεις RNA
Κάθε τύπος RNA έχει τη δική του λειτουργία:
- Μεταφορά ριβονουκλεϊκού οξέος παρέχει αμινοξέα στα ριβοσώματα, όπου μετατρέπονται σε πρωτεΐνες. Το tRNA όχι μόνο φέρνει δομικό υλικό, αλλά εμπλέκεται επίσης στην αναγνώριση κωδικονίων. Και το πόσο σωστά θα κατασκευαστεί η πρωτεΐνη εξαρτάται από τη δουλειά της.
- Μήνυμα Το RNA διαβάζει πληροφορίες απόDNA και το μεταφέρει στο σημείο της πρωτεϊνοσύνθεσης. Εκεί προσκολλάται στο ριβόσωμα και υπαγορεύει τη σειρά των αμινοξέων στην πρωτεΐνη.
- Το ριβοσωμικό RNA διασφαλίζει την ακεραιότητα της δομής του οργανιδίου, ρυθμίζει το έργο όλων των λειτουργικών κέντρων.
Ακολουθεί μια άλλη ομοιότητα μεταξύ DNA και RNA: και τα δύο φροντίζουν για τη γενετική πληροφορία που μεταφέρει το κύτταρο.
Σύγκριση DNA και RNA
Για να οργανώσετε όλες τις παραπάνω πληροφορίες, ας τις γράψουμε όλες σε έναν πίνακα.
| DNA | RNA | |
| Τοποθεσία κλουβιού | Πυρήνας, χλωροπλάστες, μιτοχόνδρια | Πυρήνας, χλωροπλάστες, μιτοχόνδρια, ριβοσώματα, κυτταρόπλασμα |
| Μονομερές | Δεοξυριβονουκλεοτίδια | Ριβονουκλεοτίδια |
| Δομή | Δίκλωνη έλικα | Μονή αλυσίδα |
| Νουκλεοτίδια | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Λειτουργίες | Σταθερό, με δυνατότητα αναπαραγωγής | Labile, δεν μπορεί να διπλασιαστεί |
| Λειτουργίες | Αποθήκευση και μετάδοση γενετικών πληροφοριών | Μεταφορά κληρονομικών πληροφοριών (mRNA), δομική λειτουργία (rRNA, μιτοχονδριακό RNA), συμμετοχή στη σύνθεση πρωτεϊνών (mRNA, tRNA, rRNA) |
Έτσι, μιλήσαμε εν συντομία για τις ομοιότητες μεταξύ DNA και RNA. Ο πίνακας θα είναι ένας απαραίτητος βοηθός στις εξετάσεις ή μια απλή υπενθύμιση.
Εκτός από όσα μάθαμε ήδη νωρίτερα, στον πίνακα εμφανίστηκαν αρκετά στοιχεία. Για παράδειγμα, η ικανότητα του DNAΟ διπλασιασμός είναι απαραίτητος για την κυτταρική διαίρεση, έτσι ώστε και τα δύο κύτταρα να λαμβάνουν πλήρως το σωστό γενετικό υλικό. Ενώ για το RNA, ο διπλασιασμός δεν έχει νόημα. Εάν ένα κύτταρο χρειάζεται άλλο μόριο, το συνθέτει από το πρότυπο DNA.
Τα χαρακτηριστικά του DNA και του RNA αποδείχθηκαν σύντομα, αλλά καλύψαμε όλα τα χαρακτηριστικά της δομής και των λειτουργιών. Η διαδικασία της μετάφρασης - πρωτεϊνοσύνθεση - είναι πολύ ενδιαφέρουσα. Μετά τη γνωριμία με αυτό, γίνεται σαφές πόσο μεγάλο ρόλο παίζει το RNA στη ζωή ενός κυττάρου. Και η διαδικασία του διπλασιασμού του DNA είναι πολύ συναρπαστική. Τι αξίζει να σπάσετε τη διπλή έλικα και να διαβάσετε κάθε νουκλεοτίδιο!
Μάθετε κάτι νέο κάθε μέρα. Ειδικά αν αυτό το νέο πράγμα συμβαίνει σε κάθε κύτταρο του σώματός σας.
