Deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA) jsou dvě nukleové kyseliny vyskytující se v přírodě. Nukleové kyseliny zase představují jednu ze čtyř „molekul života“ neboli biomolekul. Ostatní jsou bílkoviny, sacharidy a lipidy. Nukleové kyseliny jsou jediné biomolekuly, které nelze metabolizovat adenosintrifosfát (ATP, „energetická měna“ buněk).
DNA i RNA nesou chemické informace ve formě téměř identického a logicky přímého genetického kódu. DNA je původce zprávy a prostředků, kterými je předávána dalším generacím buněk a celých organismů. RNA je dopravník zprávy od poskytovatele pokynů pracovníkům montážní linky.
Zatímco DNA je přímo zodpovědná za messenger RNA (mRNA) syntéza v procesu zvaném transkripce, DNA také spoléhá na správnou funkci RNA, aby mohla své pokyny předat ribozomům v buňkách. Lze tedy říci, že u nukleových kyselin DNA a RNA se vyvinula vzájemná závislost s každou stejně důležitou pro životní poslání.
Nucleic Acids: Overview
Nukleové kyseliny jsou dlouhé polymery složené z jednotlivých prvků zvaných
U prokaryot, kterým chybí buněčné jádro, se v cytoplazmě nacházejí DNA i RNA. V eukaryotech, které mají buněčné jádro a také mají řadu specializovaných organely„DNA se nachází hlavně v jádru. Lze jej však najít také v mitochondriích a v rostlinách uvnitř chloroplastů.
Eukaryotická RNA se mezitím nachází v jádře a v cytoplazmě.
Co jsou to nukleotidy?
A nukleotid je monomerní jednotka nukleové kyseliny, kromě toho, že má další buněčné funkce. Nukleotid se skládá z a pětičlenný (pentózový) cukr ve formátu vnitřního kruhu s pěti atomy, jeden až tři fosfátové skupiny a dusíkatá báze.
V DNA existují čtyři možné báze: adenin (A) a guanin (G), které jsou puriny, a cytosin (C) a tymin (T), které jsou pyrimidiny. RNA obsahuje také A, G a C, ale náhražky uracil (U) pro tymin.
V nukleových kyselinách mají všechny nukleotidy jednu připojenou fosfátovou skupinu, která je sdílena s dalším nukleotidem v řetězci nukleové kyseliny. Volné nukleotidy však mohou mít více.
Je známo, že adenosindifosfát (ADP) a adenosintrifosfát (ATP) se každou sekundu podílejí na bezpočtu metabolických reakcí ve vašem těle.
Struktura DNA vs. RNA
Jak již bylo uvedeno, zatímco každá DNA a RNA obsahuje dvě purinové dusíkaté báze a dvě pyrimidinové dusíkaté báze a obsahují stejné purinové báze (A a G) a jedna ze stejných pyrimidinových bází (C), liší se tím, že DNA má T jako svou druhou pyrimidinovou bázi, zatímco RNA má U každé místo, kde by se T objevilo v DNA.
Puriny jsou větší než pyrimidiny, protože obsahují dva připojeny kruhy obsahující dusík k jeden v pyrimidinech. To má důsledky pro fyzickou formu, ve které DNA v přírodě existuje: je dvouvláknová, a konkrétně je dvojitá spirála. Vlákna jsou spojena pyrimidinovými a purinovými bázemi na sousedních nukleotidech; pokud by byly spojeny dva puriny nebo dva pyrimidiny, byly by mezery příliš velké nebo dva malé.
RNA je naproti tomu jednořetězcová.
Ribosový cukr v DNA je deoxyribóza zatímco v RNA je ribóza. Deoxyribóza je identická s ribózou, až na to, že hydroxylová (-OH) skupina v poloze 2-uhlík byla nahrazena atomem vodíku.
Vazba párů bází v nukleových kyselinách
Jak již bylo uvedeno, v nukleových kyselinách se purinové báze musí vázat na pyrimidinové báze, aby vytvořily stabilní dvouřetězcovou (a nakonec dvojšroubovicovou) molekulu. Ale ve skutečnosti je to konkrétnější. Purin A se váže na pyrimidin T (nebo U) a pouze na něj a purin G se váže pouze na pyrimidin C a pouze na něj.
To znamená, že když znáte základní sekvenci řetězce DNA, můžete určit její přesnou základní sekvenci doplňkové (partnerské) vlákno. Přemýšlejte o doplňkových pramenech jako o inverzích nebo fotografických negativech navzájem.
Například pokud máte řetězec DNA se základní sekvencí ATTGCCATATG, můžete odvodit, že odpovídající komplementární řetězec DNA musí mít základní sekvenci TAACGGTATAC.
Vlákna RNA jsou jednořetězcová vlákna, ale na rozdíl od DNA přicházejí v různých formách. Navíc mRNA, dalšími dvěma hlavními typy RNA jsou ribozomální RNA (rRNA) a přenos RNA (tRNA).
Role DNA vs. RNA v syntéze proteinů
DNA i RNA obsahují genetická informace. Ve skutečnosti mRNA obsahuje stejné informace jako DNA, ze které byla vyrobena během transkripce, ale v jiné chemické formě.
Když se DNA používá jako templát pro tvorbu mRNA během transkripce v jádru a eukaryotická buňka, syntetizuje vlákno, které je analogem RNA komplementárního vlákna DNA. Jinými slovy, obsahuje spíše ribózu než deoxyribózu a tam, kde by T byl přítomen v DNA, je místo toho přítomen U.
Během transkripce, vzniká produkt relativně omezené délky. Toto vlákno mRNA obvykle obsahuje genetickou informaci pro jediný jedinečný proteinový produkt.
Každý pás tří po sobě jdoucích bází v mRNA se může lišit 64 různými způsoby, výsledek čtyř různých bází v každém místě se zvýší na třetí sílu, aby se zohlednily všechny tři body. Jak se stává, každá z 20 aminokyselin, ze kterých buňky vytvářejí proteiny, je kódována právě takovou triádou bází mRNA, která se nazývá kodon tripletů.
Překlad na Ribosomu
Poté, co je mRNA syntetizována DNA během transkripce, se nová molekula pohybuje z jádra do cytoplazmy a prochází jadernou membránou přes jaderný pór. Poté spojí síly s ribozomem, který se právě spojuje ze dvou podjednotek, jedné velké a jedné malé.
Ribozomy jsou místa překlad, nebo použití informací v mRNA k výrobě odpovídajícího proteinu.
Během translace, když řetězec mRNA „zakotví“ na ribozomu, je aminokyselina odpovídající třem exponovaným nukleotidovým bázím - tj. Tripletový kodon - dopravena do oblasti pomocí tRNA. Podtyp tRNA existuje pro každou z 20 aminokyselin, což činí tento proces přepravy řádnějším.
Poté, co je pravá aminokyselina připojena k ribozomu, je rychle přesunuta do blízkého ribozomálního místa, kde polypeptidnebo rostoucí řetězec aminokyselin před příchodem každého nového přírůstku je v procesu dokončování.
Samotné ribozomy jsou tvořeny zhruba stejnou směsí proteinů a rRNA. Tyto dvě podjednotky existují jako oddělené entity, kromě případů, kdy aktivně syntetizují proteiny.
Další rozdíly mezi DNA a RNA
Molekuly DNA jsou podstatně delší než molekuly RNA; ve skutečnosti, jediná molekula DNA tvoří genetický materiál celého chromozomu, což představuje tisíce genů. Také skutečnost, že jsou vůbec rozděleny na chromozomy, svědčí o jejich srovnávací hmotnosti.
Ačkoli RNA má pokornější profil, je ve skutečnosti z funkčního hlediska rozmanitější ze dvou molekul. Kromě toho, že RNA přichází ve formách tRNA, mRNA a rRNA, může také působit jako katalyzátor (zesilovač reakcí) v některých situacích, například během translace proteinu.