Deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNK) su dvije nukleinske kiseline koje se nalaze u prirodi. Nukleinske kiseline zauzvrat predstavljaju jednu od četiri "molekule života" ili biomolekule. Ostali jesu bjelančevine, ugljikohidrati i lipidi. Nukleinske kiseline su jedine biomolekule koje se ne mogu metabolizirati da bi se stvorile adenozin trifosfat (ATP, "valuta energije" stanica).
DNK i RNA nose kemijske informacije u obliku gotovo identičnog i logički izravnog genetskog koda. DNA je začetnik poruke i načina na koji se prenosi na sljedeće generacije stanica i cijelih organizama. RNA je transporter poruke davatelja uputa radnicima na traci.
Dok je DNA izravno odgovorna za glasnik RNA (mRNA) sinteze u procesu koji se naziva transkripcija, DNA se također oslanja na RNK kako bi ispravno funkcionirala kako bi svoje upute prenijela ribosomima unutar stanica. Stoga se za DNA i RNA nukleinskih kiselina može reći da su razvile međuovisnost sa svakom jednako važnom za životnu misiju.
Nukleinske kiseline: Pregled
Nukleinske kiseline su dugi polimeri sastavljeni od pojedinih elemenata tzv nukleotidi. Svaki nukleotid sastoji se od svoja tri pojedinačna elementa: jedan do tri fosfatne skupine, a riboza šećer i jedan od četiri moguća dušične baze.
U prokarionima kojima nedostaje stanična jezgra, i DNA i RNA nalaze se slobodni u citoplazmi. U eukariota, koji imaju staničnu jezgru i koji također posjeduju niz specijaliziranih organele, DNA se nalazi uglavnom u jezgri. Ali, može se naći i u mitohondrijima i, u biljkama, unutar kloroplasta.
U međuvremenu se eukariotska RNK nalazi u jezgri i u citoplazmi.
Što su nukleotidi?
A nukleotid je monomerna jedinica nukleinske kiseline, osim što ima druge stanične funkcije. Nukleotid se sastoji od petougljični (pentozni) šećer u unutrašnjem prstenu s pet atoma, jedan do tri fosfatne skupine i a dušična baza.
U DNA postoje četiri moguće baze: adenin (A) i gvanin (G), koji su purini, i citozin (C) i timin (T), koji su pirimidini. RNA također sadrži A, G i C, ali supstitute uracil (U) za timin.
U nukleinskim kiselinama svi nukleotidi imaju vezanu jednu fosfatnu skupinu, koja se dijeli sa sljedećim nukleotidom u lancu nukleinsko-kiselinskih kiselina. Slobodni nukleotidi, međutim, mogu imati i više.
Poznato je da adenozin difosfat (ADP) i adenozin trifosfat (ATP) svake sekunde sudjeluju u bezbrojnim metaboličkim reakcijama u vašem vlastitom tijelu.
Struktura DNA vs. RNK
Kao što je napomenuto, dok DNA i RNA sadrže po dvije dušične i purimidinske baze dušika i sadrže iste purinske baze (A i G) i jedna od istih pirimidinskih baza (C), razlikuju se po tome što DNA ima T kao drugu pirimidinsku bazu, dok RNA ima U na svakom mjestu gdje bi se T pojavio u DNA.
Purini su veći od pirimidina jer sadrže dva spojene prstenove koji sadrže dušik s jedan u pirimidinima. To ima implikacije na fizički oblik u kojem DNA postoji u prirodi: to je dvolančana, i, posebno, je a dvostruka zavojnica. Niti su spojene pirimidinskom i purinskom bazom na susjednim nukleotidima; kad bi se spojila dva purina ili dva pirimidina, razmak bi bio prevelik, odnosno dva mala.
S druge strane, RNA je jednolančana.
Šećer riboze u DNA je deoksiriboza dok je to u RNA riboza. Deoksiriboza je identična ribozi, osim što je hidroksilna (-OH) skupina na položaju 2-ugljika zamijenjena atomom vodika.
Veza osnovnog para u nukleinskim kiselinama
Kao što je spomenuto, u nukleinskim kiselinama, purinske baze moraju se vezati za pirimidinske baze da bi stvorile stabilnu dvolančanu (i u konačnici dvostruku spiralnu) molekulu. Ali zapravo je konkretnije od toga. Purin A veže se i samo na pirimidin T (ili U), a purin G veže se samo na pirimidin C.
To znači da kada znate bazni slijed lanca DNA, možete odrediti točan njegov bazni slijed komplementarni (partnerski) pramen. Zamišljajte komplementarne niti kao međusobne inverze ili fotografske negative.
Na primjer, ako imate lanac DNA s baznom sekvencom ATTGCCATATG, možete zaključiti da odgovarajući komplementarni DNA lanac mora imati baznu sekvencu TAACGGTATAC.
RNA lanci su jedan lanac, ali dolaze u raznim oblicima za razliku od DNA. Pored mRNA, druge dvije glavne vrste RNA su ribosomske RNA (rRNA) i prijenos RNA (tRNA).
Uloga DNA vs. RNA u sintezi proteina
DNK i RNA sadrže genetske informacije. Zapravo, mRNA sadrži iste informacije kao i DNA od koje je nastala tijekom transkripcije, ali u drugom kemijskom obliku.
Kada se DNA koristi kao predložak za stvaranje mRNA tijekom transkripcije u jezgri a eukariotska stanica, on sintetizira lanac koji je RNA analog komplementarnog DNA lanca. Drugim riječima, on sadrži ribozu, a ne deoksiribozu, a tamo gdje bi T bio prisutan u DNA, umjesto nje je prisutan U.
Tijekom transkripcija, stvara se proizvod relativno ograničene duljine. Ovaj mRNA lanac obično sadrži genetske informacije za jedan jedinstveni proteinski proizvod.
Svaka traka od tri uzastopne baze u mRNA može se razlikovati na 64 različita načina, što je rezultat četiri različite baze na svakom mjestu podignutom na treći stepen da bi se uzela u obzir sva tri mjesta. Inače, svaka od 20 aminokiselina iz kojih stanice grade proteine kodirana je upravo takvom trijadom mRNA baza, koja se naziva triplet kodon.
Prijevod u Ribosomeu
Nakon što mRNA sintetizira DNA tijekom transkripcije, nova molekula prelazi iz jezgre u citoplazmu, prolazeći kroz nuklearnu membranu kroz nuklearnu pora. Zatim udružuje snage s ribosomom, koji se upravo okuplja iz svoje dvije podjedinice, jedne velike i jedne male.
Ribosomi su nalazišta prijevod, ili korištenje podataka u mRNA za proizvodnju odgovarajućeg proteina.
Tijekom prevođenja, kada se mRNA lanac "usidri" na ribosom, aminokiselina koja odgovara trima izloženim nukleotidnim bazama - to jest, tripletnom kodonu - transportira se u tu regiju pomoću tRNA. Podtip tRNA postoji za svaku od 20 aminokiselina, što čini ovaj postupak premještanja urednijim.
Nakon što se desna aminokiselina veže za ribosom, ona se brzo premješta na obližnje mjesto ribosoma, gdje se polipeptid, ili rastući lanac aminokiselina koji prethodi dolasku svakog novog dodatka, u procesu je dovršenja.
Sami ribosomi sastoje se od približno jednake smjese proteina i rRNA. Dvije podjedinice postoje kao zasebne cjeline, osim kada aktivno sintetiziraju proteine.
Ostale razlike između DNA i RNA
DNA molekule su znatno duže od molekula RNA; zapravo, jedna molekula DNA čini genetski materijal cijelog kromosoma, koji čine tisuće gena. Također, činjenica da su uopće odvojeni u kromosome dokaz je njihove usporedne mase.
Iako RNA ima skromniji profil, zapravo je s funkcionalnog stajališta raznovrsnija od ove dvije molekule. Osim što dolazi u tRNA, mRNA i rRNA, RNA također može djelovati kao katalizator (pojačivač reakcija) u nekim situacijama, poput tijekom translacije proteina.