Deoksiribonukleiinihappo (DNA) ja ribonukleiinihappo (RNA) ovat kaksi luonnossa esiintyvää nukleiinihappoa. Nukleiinihapot puolestaan edustavat yhtä neljästä "elämän molekyylistä" eli biomolekyyliä. Muut ovat proteiineja, hiilihydraatit ja lipidit. Nukleiinihapot ovat ainoat biomolekyylit, joita ei voida metaboloida tuottamaan adenosiinitrifosfaatti (ATP, solujen "energiavaluutta").
Sekä DNA että RNA kantavat kemiallista tietoa lähes identtisen ja loogisesti suoraviivaisen geneettisen koodin muodossa. DNA on alullepanija viestin ja keinot, joilla se välitetään seuraaville solu- ja kokonaisten organismien sukupolville. RNA on kuljetin viestin ohjaajalta kokoonpanolinjan työntekijöille.
Vaikka DNA on suoraan vastuussa lähettäjän RNA (mRNA) synteesi prosessissa, jota kutsutaan transkriptioksi, DNA myös riippuu RNA: n toiminnasta toimiakseen ohjeidensa välittämiseksi ribosomeihin solujen sisällä. Siksi nukleiinihappojen DNA: n ja RNA: n voidaan sanoa kehittäneen keskinäistä riippuvuutta, joka on yhtä tärkeä elämän tehtävän kannalta.
Nukleiinihapot: yleiskatsaus
Nukleiinihapot ovat pitkiä polymeerejä, jotka koostuvat yksittäisistä elementeistä, joita kutsutaan nukleotidit. Jokainen nukleotidi koostuu kolmesta erillisestä elementistä: yhdestä kolmeen fosfaattiryhmät, a riboosisokeri ja yksi neljästä mahdollisesta typpipitoiset emäkset.
Prokaryooteissa, joista puuttuu soluydin, sekä DNA että RNA löytyvät sytoplasmassa vapaasti. Eukaryooteissa, joilla on solutuma ja joilla on myös useita erikoistuneita organellit, DNA: ta esiintyy pääasiassa ytimessä. Mutta sitä löytyy myös mitokondrioista ja kasveista kloroplastien sisällä.
Sillä välin eukaryoottinen RNA löytyy ytimestä ja sytoplasmassa.
Mitä ovat nukleotidit?
A nukleotidi on nukleiinihapon monomeerinen yksikkö muiden solutoimintojen lisäksi. Nukleotidi koostuu a viiden hiilen (pentoosi) sokeri viiden atomin sisärenkaan muodossa, yhdestä kolmeen fosfaattiryhmät ja a typpipitoinen emäs.
DNA: ssa on neljä mahdollista emästä: adeniini (A) ja guaniini (G), jotka ovat puriineja, ja sytosiini (C) ja tymiini (T), jotka ovat pyrimidiinit. RNA sisältää myös A, G ja C, mutta korvikkeita urasiili (U) tymiinille.
Nukleiinihapoissa kaikilla nukleotideilla on yksi fosfaattiryhmä, joka on jaettu nukleiinihappoketjun seuraavan nukleotidin kanssa. Vapailla nukleotideilla voi kuitenkin olla enemmän.
Kuuluisasti adenosiinidifosfaatti (ADP) ja adenosiinitrifosfaatti (ATP) osallistuvat lukemattomiin aineenvaihduntareaktioihin omassa kehossasi joka sekunti.
DNA: n rakenne vs. RNA
Kuten on todettu, DNA ja RNA sisältävät kumpikin kaksi puriinin typpipitoista emästä ja kahta pyrimidiinityppipitoista emästä ja sisältävät samat puriiniemäkset (A ja G). ja yksi samoista pyrimidiiniemäksistä (C), ne eroavat toisistaan siinä, että DNA: n toisena pyrimidiiniemäksenä on T, kun taas RNA: ssa on U, jokainen paikka T esiintyisi DNA: ssa.
Puriinit ovat suurempia kuin pyrimidiinit, koska ne sisältävät kaksi liittyneet typpeä sisältävät renkaat yksi pyrimidiinissä. Tällä on vaikutuksia fyysiseen muotoon, jossa DNA on luonnossa: se on kaksijuosteinenja on erityisesti kaksoiskierre. Juosteet on liitetty pyrimidiini- ja puriiniemästen kanssa vierekkäisiin nukleotideihin; jos kaksi puriinia tai kaksi pyrimidiiniä liitettäisiin, väli olisi vastaavasti liian suuri tai kaksi pienää.
RNA on toisaalta yksijuosteinen.
DNA: ssa oleva riboosisokeri on deoksiriboosi kun taas RNA: ssa on riboosi. Deoksiriboosi on identtinen riboosin kanssa, paitsi että hydroksyyli (-OH) -ryhmä 2-hiili-asemassa on korvattu vetyatomilla.
Pohja-pariliimaus nukleiinihapoissa
Kuten on todettu, puriiniemästen on nukleiinihapoissa sitoututtava pyrimidiiniemäsiin vakaan kaksisäikeisen (ja viime kädessä kaksikierteisen) molekyylin muodostamiseksi. Mutta se on itse asiassa tarkempi. Puriini A sitoutuu pyrimidiiniin T (tai U) ja vain siihen ja puriini G sitoutuu vain pyrimidiiniin C.
Tämä tarkoittaa, että kun tiedät DNA-juosteen perussekvenssin, voit määrittää sen tarkan emässekvenssin täydentävä (kumppani) säie. Ajattele täydentäviä säikeitä toistensa käänteisinä tai valokuvanegatiivina.
Esimerkiksi, jos sinulla on DNA-juoste, jonka emässekvenssi on ATTGCCATATG, voit päätellä, että vastaavalla komplementaarisella DNA-juosteella on oltava emässekvenssi TAACGGTATAC.
RNA-säikeet ovat yksi juoste, mutta niitä on eri muodoissa toisin kuin DNA. Lisäksi mRNA, kaksi muuta RNA: n päätyyppiä ovat ribosomaalinen RNA (rRNA) ja siirrä RNA (tRNA).
DNA: n rooli vs. RNA proteiinisynteesissä
Sekä DNA että RNA sisältävät geneettinen tieto. Itse asiassa mRNA sisältää samat tiedot kuin DNA, josta se on tehty transkription aikana, mutta eri kemiallisessa muodossa.
Kun DNA: ta käytetään templaattina mRNA: n valmistamiseksi transkription aikana a eukaryoottinen solu, se syntetisoi juosteen, joka on komplementaarisen DNA-juosteen RNA-analogi. Toisin sanoen se sisältää riboosia pikemminkin kuin deoksiriboosin, ja missä T: tä olisi läsnä DNA: ssa, sen sijaan on läsnä U.
Aikana transkriptio, luodaan suhteellisen rajoitetun pituinen tuote. Tämä mRNA-juoste sisältää yleensä yhden ainutlaatuisen proteiinituotteen geenitiedot.
Jokainen kolmen peräkkäisen emäksen kaista mRNA: ssa voi vaihdella 64 eri tavalla, jolloin kunkin pisteen neljän eri emäksen tulos nostetaan kolmanteen voimaan kaikkien kolmen pisteen huomioon ottamiseksi. Kuten tapahtuu, kutakin 20 aminohappoa, joista solut rakentavat proteiineja, koodaa juuri sellainen kolmikko mRNA-emäksiä, jota kutsutaan triplettikodoni.
Käännös Ribosomessa
Sen jälkeen kun DNA on syntetisoinut mRNA: n transkription aikana, uusi molekyyli siirtyy ytimestä sytoplasmaan kulkien ydinkalvon läpi ydinhuokosen läpi. Sitten se yhdistää voimansa ribosomilla, joka on juuri tulossa yhteen sen kahdesta alayksiköstä, yhdestä suuresta ja toisesta pienestä.
Ribosomit ovat käännöstai informaation käyttö mRNA: ssa vastaavan proteiinin valmistamiseksi.
Translaation aikana, kun mRNA-juoste "telakoituu" ribosomille, tRNA kuljettaa alueelle aminohappoa, joka vastaa kolmea altistettua nukleotidiemästä - toisin sanoen triplettikodonia. TRNA: n alatyyppi on olemassa jokaiselle 20 aminohaposta, mikä tekee tästä sukkulaprosessista järjestyksellisemmän.
Kun oikea aminohappo on kiinnittynyt ribosomiin, se siirretään nopeasti läheiseen ribosomaaliseen kohtaan, jossa polypeptiditai jokaisen uuden lisäyksen saapumista edeltävä kasvava aminohappoketju on valmistumassa.
Ribosomit itse muodostuvat suunnilleen yhtä suuresta proteiinien ja rRNA: n seoksesta. Nämä kaksi alayksikköä ovat erillisiä kokonaisuuksia paitsi silloin, kun ne syntetisoivat aktiivisesti proteiineja.
Muita eroja DNA: n ja RNA: n välillä
DNA-molekyylit ovat huomattavasti pidempiä kuin RNA-molekyylit; itse asiassa, yksittäinen DNA-molekyyli muodostaa koko kromosomin geneettisen materiaalin, osuus tuhansista geeneistä. Myös se, että ne on jaettu lainkaan kromosomeihin, on osoitus niiden vertailumassasta.
Vaikka RNA: lla on vaatimattomampi profiili, se on itse asiassa monipuolisempi kahdesta molekyylistä toiminnallisesta näkökulmasta. Sen lisäksi, että RNA tulee tRNA-, mRNA- ja rRNA-muodoissa, se voi myös toimia katalysaattorina (reaktioiden tehostajana) joissakin tilanteissa, kuten proteiinitranslaation aikana.