Desoxyribonukleinsäure und Ribonukleinsäure – DNA und RNA – sind eng verwandte Moleküle, die an der Übertragung und Expression genetischer Informationen beteiligt sind. Obwohl sie ziemlich ähnlich sind, ist es dank ihrer spezifischen und unterschiedlichen Funktionen auch einfach, DNA und RNA zu vergleichen und zu kontrastieren.
Beide bestehen aus Molekülketten, die abwechselnd Zucker- und Phosphateinheiten enthalten. An jeder Zuckereinheit hängen stickstoffhaltige Moleküle, die als Nukleotidbasen bezeichnet werden. Die unterschiedlichen Zuckereinheiten in DNA und RNA sind für die Unterschiede zwischen den beiden Biochemikalien verantwortlich.
Physikalische RNA- und DNA-Struktur
Ribose, der Zucker der RNA, hat eine Ringstruktur, die aus fünf Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht. Jeder Kohlenstoff bindet an ein Wasserstoffatom und eine Hydroxylgruppe, die ein Molekül aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom ist. Desoxyribose ist mit der Ribose der RNA identisch, außer dass ein Kohlenstoff an ein Wasserstoffatom anstelle einer Hydroxylgruppe bindet.
Dieser eine Unterschied bedeutet, dass zwei DNA-Stränge eine Doppelhelix-Struktur bilden können, während RNA als Einzelstrang verbleibt. Die DNA-Struktur mit ihrer Doppelhelix ist sehr stabil, was ihr die Fähigkeit verleiht, Informationen lange Zeit zu verschlüsseln und als genetisches Material des Organismus zu fungieren.
RNA hingegen ist in ihrer Einzelstrangform nicht so stabil, weshalb DNA als genetische Information des Lebens evolutionär der RNA vorgezogen wurde. Die Zelle erzeugt während des Transkriptionsprozesses nach Bedarf RNA, aber DNA repliziert sich selbst.
Nukleotidbasen
Jede Zuckereinheit in DNA und RNA bindet an eine von vier Nukleotidbasen. Sowohl DNA als auch RNA verwenden die Basen A, C und G. DNA verwendet jedoch die Base T, während RNA stattdessen die Base U verwendet. Die Basensequenz entlang der DNA- und RNA-Stränge ist der genetische Code, der der Zelle sagt, wie Proteine hergestellt werden.
In der DNA binden die Basen jedes Strangs an die Basen des anderen Strangs und bilden die Doppelhelix-Struktur. In der DNA können A nur an T und C nur an G binden. Die Struktur einer DNA-Helix ist in einem Protein-RNA-Kokon, dem sogenannten Chromosom, konserviert.
Rollen in der Transkription
Die Zelle stellt Proteine her, indem sie DNA in RNA transkribiert und dann die RNA in Proteine übersetzt. Während der Transkription wird ein Teil des DNA-Moleküls, ein Gen genannt, Enzymen ausgesetzt, die RNA-Stränge gemäß den Nukleotid-Basen-Bindungsregeln zusammenbauen.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass DNA-A-Basen an RNA-U-Basen binden. Das Enzym RNA-Polymerase liest jede DNA-Base in einem Gen und fügt dem wachsenden RNA-Strang die komplementäre RNA-Base hinzu. Auf diese Weise wird die genetische Information der DNA auf die RNA übertragen.
Andere Unterschiede zu DNA- und RNA-Molekülen
Die Zelle verwendet auch eine zweite Art von RNA, um Ribosomen, das sind winzige Proteinfabriken. Ein dritter RNA-Typ hilft, Aminosäuren auf wachsende Proteinstränge zu übertragen. DNA spielt bei der Translation keine Rolle.
Die zusätzlichen Hydroxylgruppen der RNA machen sie zu einem reaktiveren Molekül, das unter alkalischen Bedingungen weniger stabil ist als DNA. Die enge Struktur einer DNA-Doppelhelix macht sie weniger anfällig für Enzymwirkung, aber RNA ist widerstandsfähiger gegen ultraviolette Strahlen.
Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Molekülen ist ihre Position in der Zelle. In Eukaryoten findet sich DNA nur in geschlossenen Organellen. Ein Großteil der DNA der Zelle befindet sich im Zellkern eingeschlossen, bis sich die Zelle teilt und die Kernhülle zerfällt. Sie können auch DNA in Mitochondrien und Chloroplasten finden (beide sind ebenfalls membrangebundene Organellen).
RNA wird jedoch überall in der Zelle gefunden. Es kann innerhalb des Zellkerns gefunden werden, frei schwebend im Zytoplasma sowie in Organellen wie dem endoplasmatischen Retikulum.