Desoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA) zijn de twee nucleïnezuren die in de natuur voorkomen. Nucleïnezuren vertegenwoordigen op hun beurt een van de vier 'levensmoleculen' of biomoleculen. De anderen zijn eiwitten, koolhydraten en lipiden. Nucleïnezuren zijn de enige biomoleculen die niet kunnen worden gemetaboliseerd om te genereren adenosine trifosfaat (ATP, de "energievaluta" van cellen).
DNA en RNA dragen beide chemische informatie in de vorm van een bijna identieke en logisch rechttoe rechtaan genetische code. DNA is de initiatiefnemer van de boodschap en de manier waarop deze wordt doorgegeven aan volgende generaties cellen en hele organismen. RNA is het transportband van de boodschap van de onderwijzer aan de lopende bandwerkers.
Terwijl DNA direct verantwoordelijk is voor boodschapper RNA (mRNA) synthese in het proces dat transcriptie wordt genoemd, is DNA ook afhankelijk van RNA om goed te functioneren om zijn instructies over te brengen aan ribosomen in de cellen. Van de nucleïnezuren DNA en RNA kan daarom worden gezegd dat ze een onderlinge afhankelijkheid hebben ontwikkeld met elk even essentieel voor de missie van het leven.
Nucleïnezuren: overzicht
Nucleïnezuren zijn lange polymeren die uit afzonderlijke elementen bestaan, nucleotiden. Elk nucleotide bestaat uit drie afzonderlijke elementen van zichzelf: één tot drie fosfaatgroepen, een ribose suiker en een van de vier mogelijke stikstofbasen.
In prokaryoten, die geen celkern hebben, worden zowel DNA als RNA vrij in het cytoplasma aangetroffen. Bij eukaryoten, die een celkern hebben en ook een aantal gespecialiseerde organellen, DNA wordt voornamelijk in de kern gevonden. Maar het kan ook worden gevonden in de mitochondriën en, in planten, in chloroplasten.
Eukaryotisch RNA wordt ondertussen gevonden in de kern en in het cytoplasma.
Wat zijn nucleotiden?
EEN nucleotide is de monomere eenheid van een nucleïnezuur, naast het hebben van andere cellulaire functies. Een nucleotide bestaat uit a vijf-koolstof (pentose) suiker in een vijf-atoom binnenringformaat, één tot drie fosfaatgroepen en een Stikstofbasis.
In DNA zijn er vier mogelijke basen: adenine (A) en guanine (G), die purines zijn, en cytosine (C) en thymine (T), die pyrimidinen zijn. RNA bevat ook A, G en C, maar vervangt uracil (U) voor thymine.
In nucleïnezuren hebben de nucleotiden allemaal één fosfaatgroep, die wordt gedeeld met het volgende nucleotide in de nucleïnezuurketen. Vrije nucleotiden kunnen echter meer hebben.
Het is bekend dat adenosinedifosfaat (ADP) en adenosinetrifosfaat (ATP) elke seconde deelnemen aan talloze stofwisselingsreacties in je eigen lichaam.
De structuur van DNA vs. RNA
Zoals opgemerkt, bevatten DNA en RNA elk twee purine-stikstofbasen en twee pyrimidine-stikstofbasen, en dezelfde purinebasen (A en G) en een van dezelfde pyrimidinebasen (C), ze verschillen doordat DNA T als tweede pyrimidinebase heeft, terwijl RNA U heeft op elke plaats waar T in DNA zou verschijnen.
Purines zijn groter dan pyrimidines omdat ze twee verbonden stikstofhoudende ringen aan de een in pyrimidines. Dit heeft implicaties voor de fysieke vorm waarin DNA in de natuur bestaat: het is dubbelstrengs, en, in het bijzonder, is een dubbele helix. De strengen zijn verbonden door de pyrimidine- en purinebasen op aangrenzende nucleotiden; als twee purines of twee pyrimidinen werden samengevoegd, zou de afstand respectievelijk te groot of twee klein zijn.
RNA daarentegen is enkelstrengs.
De ribosesuiker in DNA is deoxyribose terwijl dat in RNA is ribose. Deoxyribose is identiek aan ribose, behalve dat de hydroxyl (-OH) groep op de 2-koolstofpositie is vervangen door een waterstofatoom.
Basepaarbinding in nucleïnezuren
Zoals opgemerkt, moeten purinebasen in nucleïnezuren binden aan pyrimidinebasen om een stabiel dubbelstrengs (en uiteindelijk dubbel-helix) molecuul te vormen. Maar het is eigenlijk specifieker dan dat. De purine A bindt aan en alleen aan de pyrimidine T (of U), en de purine G bindt aan en alleen aan de pyrimidine C.
Dit betekent dat als je de basenvolgorde van een DNA-streng kent, je de exacte basenvolgorde van zijn kunt bepalen complementaire (partner) streng. Zie complementaire strengen als inverse of fotografische negatieven van elkaar.
Als je bijvoorbeeld een DNA-streng met de basensequentie ATTGCCATATG hebt, kun je afleiden dat de bijbehorende complementaire DNA-streng de basensequentie TAACGGTATAC moet hebben.
RNA-strengen zijn een enkele streng, maar ze komen in verschillende vormen voor in tegenstelling tot DNA. In aanvulling op mRNA, de andere twee hoofdtypen RNA zijn ribosomaal RNA (rRNA) en overdracht RNA (tRNA).
De rol van DNA vs. RNA in eiwitsynthese
DNA en RNA bevatten beide genetische informatie. In feite bevat mRNA dezelfde informatie als het DNA waaruit het is gemaakt tijdens transcriptie, maar in een andere chemische vorm.
Wanneer DNA wordt gebruikt als sjabloon om mRNA te maken tijdens transcriptie in de kern van a eukaryote cel, het synthetiseert een streng die het RNA-analogon is van de complementaire DNA-streng. Met andere woorden, het bevat ribose in plaats van deoxyribose, en waar T aanwezig zou zijn in DNA, is U in plaats daarvan aanwezig.
Gedurende transcriptie, ontstaat een product van relatief beperkte lengte. Deze mRNA-streng bevat meestal de genetische informatie voor een enkel uniek eiwitproduct.
Elke strook van drie opeenvolgende basen in mRNA kan op 64 verschillende manieren variëren, het resultaat van vier verschillende basen op elke plek verhoogd tot de derde macht om rekening te houden met alle drie de plekken. Toevallig wordt elk van de 20 aminozuren waaruit cellen eiwitten bouwen gecodeerd door precies zo'n triade van mRNA-basen, een zogenaamde triplet codon.
Vertaling bij het ribosoom
Nadat mRNA tijdens transcriptie door DNA is gesynthetiseerd, beweegt het nieuwe molecuul van de kern naar het cytoplasma en gaat het door het kernmembraan door een kernporie. Het bundelt dan zijn krachten met een ribosoom, dat net samenkomt uit zijn twee subeenheden, een grote en een kleine.
Ribosomen zijn de plaatsen van vertaling, of het gebruik van de informatie in mRNA om het overeenkomstige eiwit te produceren.
Tijdens translatie, wanneer de mRNA-streng op het ribosoom "dockt", wordt het aminozuur dat overeenkomt met de drie blootgestelde nucleotidebasen - dat wil zeggen het tripletcodon - door tRNA naar het gebied gestuurd. Er bestaat een subtype van tRNA voor elk van de 20 aminozuren, waardoor dit pendelproces meer geordend is.
Nadat het juiste aminozuur aan het ribosoom is bevestigd, wordt het snel verplaatst naar een nabijgelegen ribosomale plaats, waar de polypeptide, of de groeiende keten van aminozuren voorafgaand aan de komst van elke nieuwe toevoeging, wordt momenteel voltooid.
Ribosomen zelf bestaan uit een ongeveer gelijk mengsel van eiwitten en rRNA. De twee subeenheden bestaan als afzonderlijke entiteiten, behalve wanneer ze actief eiwitten synthetiseren.
Andere verschillen tussen DNA en RNA
DNA-moleculen zijn aanzienlijk langer dan RNA-moleculen; in feite, een enkel DNA-molecuul vormt het genetische materiaal van een heel chromosoom, goed voor duizenden genen. Het feit dat ze überhaupt in chromosomen zijn gescheiden, is een bewijs van hun relatieve massa.
Hoewel RNA een bescheidener profiel heeft, is het in feite de meest diverse van de twee moleculen vanuit functioneel oogpunt. Behalve dat het in tRNA-, mRNA- en rRNA-vormen komt, kan RNA in sommige situaties ook als katalysator (verbeteraar van reacties) werken, zoals tijdens eiwittranslatie.
