Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК) са двете нуклеинови киселини, открити в природата. Нуклеиновите киселини от своя страна представляват една от четирите „молекули на живота“, или биомолекули. Останалите са протеини, въглехидрати и липиди. Нуклеиновите киселини са единствените биомолекули, които не могат да се метаболизират, за да генерират аденозин трифосфат (ATP, "енергийната валута" на клетките).
ДНК и РНК носят химическа информация под формата на почти идентичен и логично ясен генетичен код. ДНК е оригинатор на посланието и средствата, чрез които то се предава на следващите поколения клетки и цели организми. РНК е конвейер на съобщението от дателя на инструкциите до работниците на поточната линия.
Докато ДНК е пряко отговорна за пратеник РНК (иРНК) синтез в процеса, наречен транскрипция, ДНК също разчита на РНК да функционира правилно, за да предаде своите инструкции на рибозомите в клетките. Следователно за нуклеиновите киселини ДНК и РНК може да се каже, че са развили взаимозависимост с всяка еднакво жизненоважна за мисията на живота.
Нуклеинови киселини: Общ преглед
Нуклеинова киселина са дълги полимери, съставени от отделни елементи, наречени нуклеотиди. Всеки нуклеотид се състои от три отделни елемента: един до три фосфатни групи, а рибозна захар и един от четирите възможни азотни основи.
При прокариотите, в които липсва клетъчно ядро, както ДНК, така и РНК се намират свободни в цитоплазмата. При еукариотите, които имат клетъчно ядро и притежават редица специализирани органели, ДНК се намира главно в ядрото. Но може да се намери и в митохондриите, а при растенията и в хлоропластите.
Междувременно еукариотната РНК се намира в ядрото и в цитоплазмата.
Какво представляват нуклеотидите?
A нуклеотид е мономерната единица на нуклеинова киселина, освен че има и други клетъчни функции. Нуклеотидът се състои от a пет въглеродна (пентозна) захар във формат от пет атома за вътрешен пръстен, един до три фосфатни групи и а азотна основа.
В ДНК има четири възможни основи: аденин (А) и гуанин (G), които са пурини, и цитозин (С) и тимин (Т), които са пиримидини. РНК също съдържа A, G и C, но заместители урацил (U) за тимин.
В нуклеиновите киселини всички нуклеотиди имат една свързана фосфатна група, която се споделя със следващия нуклеотид във веригата нуклеинови киселини. Свободните нуклеотиди обаче могат да имат повече.
Известно е, че аденозин дифосфат (ADP) и аденозин трифосфат (ATP) участват в безброй метаболитни реакции във вашето тяло всяка секунда.
Структурата на ДНК vs. РНК
Както беше отбелязано, докато ДНК и РНК съдържат по две пуринови азотни основи и две пиримидинови азотни основи и съдържат същите пуринови основи (А и G) и една от същите пиримидинови бази (С), те се различават по това, че ДНК има Т като втора пиримидинова основа, докато РНК има U, всяко място Т ще се появи в ДНК.
Пурините са по-големи от пиримидините, тъй като съдържат две съединени азотсъдържащи пръстени към един в пиримидините. Това има значение за физическата форма, в която ДНК съществува в природата: това е двуверижен, и по-специално, е a двойна спирала. Нишките се съединяват от пиримидиновата и пуриновата основа върху съседни нуклеотиди; ако се присъединят два пурина или два пиримидина, разстоянието ще бъде твърде голямо или съответно две малки.
РНК, от друга страна, е едноверижна.
Рибозната захар в ДНК е дезоксирибоза като има предвид, че това в РНК е рибоза. Дезоксирибозата е идентична с рибозата, с изключение на това, че хидроксилната (-ОН) група в 2-въглеродната позиция е заменена с водороден атом.
Свързване на базови двойки в нуклеинови киселини
Както беше отбелязано, в нуклеиновите киселини пуриновите основи трябва да се свързват с пиримидиновите основи, за да образуват стабилна двуверижна (и в крайна сметка двуспирална) молекула. Но всъщност е по-конкретно от това. Пуринът A се свързва само с пиримидин Т (или U), а пурин G се свързва само с пиримидин С.
Това означава, че когато знаете основната последователност на верига на ДНК, можете да определите точната основна последователност на нейната допълваща (партньорска) нишка. Мислете за взаимно допълващи се направления като за инверси или фотографски негативи един на друг.
Например, ако имате верига ДНК с основната последователност ATTGCCATATG, можете да заключите, че съответната комплементарна ДНК верига трябва да има основната последователност TAACGGTATAC.
РНК веригите са единична верига, но те се предлагат в различни форми, за разлика от ДНК. В допълнение на иРНК, другите два основни типа РНК са рибозомната РНК (рРНК) и трансфер на РНК (тРНК).
Ролята на ДНК срещу РНК в синтеза на протеини
ДНК и РНК и двете съдържат генетична информация. Всъщност тРНК съдържа същата информация като ДНК, от която е направена по време на транскрипция, но в различна химическа форма.
Когато ДНК се използва като шаблон за получаване на иРНК по време на транскрипция в ядрото на a еукариотна клетка, той синтезира верига, която е РНК аналог на комплементарната ДНК верига. С други думи, той съдържа по-скоро рибоза, отколкото дезоксирибоза, и където Т ще присъства в ДНК, вместо него присъства U.
По време на транскрипция, се създава продукт с относително ограничена дължина. Тази иРНК верига обикновено съдържа генетичната информация за един уникален протеинов продукт.
Всяка лента от три последователни бази в иРНК може да варира по 64 различни начина, резултатът от четири различни бази на всяко място е издигнат до третата степен, за да се отчетат и трите петна. Както се случва, всяка от 20-те аминокиселини, от които клетките изграждат протеини, е кодирана от точно такава триада на иРНК основи, наречена триплет кодон.
Превод в Рибозома
След като иРНК се синтезира от ДНК по време на транскрипцията, новата молекула се придвижва от ядрото към цитоплазмата, преминавайки през ядрената мембрана през ядрена пора. След това той обединява сили с рибозома, която тъкмо се събира от двете си субединици, едната голяма и една малката.
Рибозомите са сайтовете на превод, или използването на информацията в иРНК за производство на съответния протеин.
По време на транслацията, когато тРНК веригата се „прикачи“ към рибозомата, аминокиселината, съответстваща на трите изложени нуклеотидни бази - т.е. триплетния кодон - се пренасочва в региона от тРНК. Съществува подтип на тРНК за всяка една от 20-те аминокиселини, което прави този процес на пренасочване по-подреден.
След като дясната аминокиселина е прикрепена към рибозомата, тя бързо се премества в близкото място на рибозома, където полипептид, или нарастващата верига от аминокиселини, предшестваща пристигането на всяко ново добавяне, е в процес на завършване.
Самите рибозоми са изградени от приблизително еднаква смес от протеини и рРНК. Двете субединици съществуват като отделни единици, освен когато активно синтезират протеини.
Други разлики между ДНК и РНК
ДНК молекулите са значително по-дълги от РНК молекулите; всъщност, една молекула ДНК съставлява генетичния материал на цяла хромозома, отчитащи хиляди гени. Също така фактът, че изобщо са разделени на хромозоми, е свидетелство за тяхната сравнителна маса.
Въпреки че РНК има по-скромен профил, всъщност тя е по-разнообразна от двете молекули от функционална гледна точка. Освен че идва в тРНК, тРНК и рРНК форми, РНК може да действа и като катализатор (усилвател на реакциите) в някои ситуации, например по време на транслация на протеин.
