Deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA) sú dve nukleové kyseliny nachádzajúce sa v prírode. Nukleové kyseliny zase predstavujú jednu zo štyroch „molekúl života“ alebo biomolekúl. Ostatné sú bielkoviny, sacharidy a lipidy. Nukleové kyseliny sú jediné biomolekuly, ktoré sa nedajú metabolizovať adenosintrifosfátu (ATP, „energetická mena“ buniek).
DNA aj RNA nesú chemické informácie vo forme takmer identického a logicky jasného genetického kódu. DNA je pôvodca správy a prostriedkov, pomocou ktorých sa prenáša do ďalších generácií buniek a celých organizmov. RNA je dopravník správy od poskytovateľa pokynov pracovníkom montážnej linky.
Zatiaľ čo DNA je priamo zodpovedná za messenger RNA (mRNA) syntéza v procese nazývanom transkripcia, DNA sa tiež spolieha na správnu funkciu RNA, aby mohla svoje pokyny odovzdať ribozómom v bunkách. Dá sa teda povedať, že o nukleových kyselinách DNA a RNA sa vyvinula vzájomná závislosť s každou rovnako dôležitou pre životné poslanie.
Nukleové kyseliny: prehľad
Nukleové kyseliny sú dlhé polyméry zložené z jednotlivých prvkov tzv nukleotidy. Každý nukleotid pozostáva z troch samostatných prvkov: jedného až troch fosfátové skupiny, a ribózový cukor a jeden zo štyroch možných dusíkaté bázy.
U prokaryotov, ktorým chýba bunkové jadro, sa v cytoplazme nachádzajú voľné DNA aj RNA. V eukaryotoch, ktoré majú bunkové jadro a tiež majú množstvo špecializovaných organely, DNA sa nachádza hlavne v jadre. Nachádza sa však tiež v mitochondriách a v rastlinách vo vnútri chloroplastov.
Eukaryotická RNA sa medzitým nachádza v jadre a v cytoplazme.
Čo sú to nukleotidy?
A nukleotid je monomérna jednotka nukleovej kyseliny okrem toho, že má ďalšie bunkové funkcie. Nukleotid pozostáva z a päťuhlíkový (pentózový) cukor vo formáte päťatómového vnútorného kruhu, jeden až tri fosfátové skupiny a a dusíkatá báza.
V DNA existujú štyri možné bázy: adenín (A) a guanín (G), čo sú puríny, a cytozín (C) a tymín (T), čo sú pyrimidíny. RNA obsahuje tiež A, G a C, ale náhrady uracil (U) pre tymín.
V nukleových kyselinách majú všetky nukleotidy jednu pripojenú fosfátovú skupinu, ktorá je spoločná s ďalším nukleotidom v reťazci nukleovej kyseliny. Voľné nukleotidy však môžu mať viac.
Je známe, že adenozíndifosfát (ADP) a adenozíntrifosfát (ATP) sa každú sekundu podieľajú na nespočetných metabolických reakciách vo vašom tele.
Štruktúra DNA vs. RNA
Ako bolo uvedené, zatiaľ čo každá DNA a RNA obsahuje dve purínové dusíkaté zásady a dve pyrimidínové dusíkaté zásady a obsahujú rovnaké purínové zásady (A a G) a jedna z rovnakých pyrimidínových báz (C), líšia sa tým, že DNA má T ako svoju druhú pyrimidínovú bázu, zatiaľ čo RNA má U na každom mieste, kde by sa T objavovalo v DNA.
Puríny sú väčšie ako pyrimidíny, pretože obsahujú dva spojené kruhy obsahujúce dusík k jeden v pyrimidínoch. To má dôsledky na fyzickú formu, v ktorej DNA v prírode existuje: je to dvojvláknové, a konkrétne je to Dvojitý helix. Vlákna sú spojené pyrimidínovými a purínovými bázami na susedných nukleotidoch; ak by boli spojené dva puríny alebo dva pyrimidíny, rozstup by bol príliš veľký, respektíve dva malé.
RNA je naopak jednovláknová.
Ribózový cukor v DNA je deoxyribóza zatiaľ čo v RNA je ribóza. Deoxyribóza je identická s ribózou, až na to, že hydroxylová (-OH) skupina v polohe 2-uhlík bola nahradená atómom vodíka.
Viazanie párov báz v pároch v nukleových kyselinách
Ako bolo uvedené, v nukleových kyselinách sa purínové bázy musia viazať na pyrimidínové bázy, aby vytvorili stabilnú dvojvláknovú (a nakoniec dvojzávitnicovú) molekulu. Ale je to v skutočnosti konkrétnejšie. Purín A sa viaže a iba na pyrimidín T (alebo U) a purín G sa viaže iba na pyrimidín C.
To znamená, že keď poznáte bázovú sekvenciu reťazca DNA, môžete určiť presnú jeho bázovú sekvenciu doplnkové (partnerské) vlákno. Doplnkové pramene si predstavte ako navzájom inverzné alebo fotografické negatívy.
Napríklad, ak máte vlákno DNA so sekvenciou báz ATTGCCATATG, môžete odvodiť, že zodpovedajúce komplementárne vlákno DNA musí mať bázovú sekvenciu TAACGGTATAC.
Vlákna RNA sú jednovláknové, ale na rozdiel od DNA prichádzajú v rôznych formách. Okrem tohoto mRNA, ďalšie dva hlavné typy RNA sú ribozomálna RNA (rRNA) a prenos RNA (tRNA).
Úloha DNA vs. RNA v syntéze proteínov
DNA aj RNA obsahujú genetická informácia. V skutočnosti mRNA obsahuje rovnaké informácie ako DNA, z ktorej bola vyrobená počas prepisu, ale v inej chemickej forme.
Keď sa DNA použije ako šablóna na výrobu mRNA počas transkripcie v jadre a eukaryotická bunka, syntetizuje vlákno, ktoré je analógom RNA komplementárneho vlákna DNA. Inými slovami, obsahuje skôr ribózu ako deoxyribózu a tam, kde by T bol prítomný v DNA, je namiesto nich prítomný U.
Počas prepis, vzniká produkt relatívne obmedzenej dĺžky. Tento reťazec mRNA zvyčajne obsahuje genetické informácie o jednom jedinečnom proteínovom produkte.
Každý prúžok troch po sebe nasledujúcich báz v mRNA sa môže líšiť 64 rôznymi spôsobmi, pričom výsledok štyroch rôznych báz v každom mieste sa zvýšil na tretiu mocninu, aby sa zohľadnili všetky tri miesta. Ako sa stáva, každá z 20 aminokyselín, z ktorých bunky vytvárajú proteíny, je kódovaná práve takouto triádou báz mRNA, ktorá sa nazýva tripletový kodón.
Preklad na ribozóme
Potom, čo sa mRNA syntetizuje pomocou DNA počas transkripcie, sa nová molekula pohybuje z jadra do cytoplazmy a prechádza cez jadrovú membránu cez jadrový pór. Potom spojí sily s ribozómom, ktorý sa práve spája z dvoch podjednotiek, jednej veľkej a jednej malej.
Ribozómy sú miestami prekladalebo použitie informácií v mRNA na výrobu zodpovedajúceho proteínu.
Počas translácie, keď sa mRNA vlákno „ukotví“ na ribozóme, je aminokyselina zodpovedajúca trom exponovaným nukleotidovým bázam, tj. Tripletovému kodónu, dopravená do oblasti pomocou tRNA. Pre každú z 20 aminokyselín existuje podtyp tRNA, vďaka čomu je tento proces prepočítavania usporiadanejší.
Po naviazaní pravej aminokyseliny na ribozóm sa rýchlo presunie na blízke ribozomálne miesto, kde polypeptidalebo rastúci reťazec aminokyselín pred príchodom každého nového prírastku je v procese dokončovania.
Samotné ribozómy sú tvorené zhruba rovnakou zmesou proteínov a rRNA. Tieto dve podjednotky existujú ako samostatné entity, okrem prípadov, keď aktívne syntetizujú proteíny.
Ďalšie rozdiely medzi DNA a RNA
Molekuly DNA sú podstatne dlhšie ako molekuly RNA; v skutočnosti, jedna molekula DNA tvorí genetický materiál celého chromozómu, čo predstavuje tisíce génov. Tiež skutočnosť, že sú vôbec rozdelené na chromozómy, svedčí o ich komparatívnej hmotnosti.
Aj keď má RNA skromnejší profil, z funkčného hľadiska je v skutočnosti rozmanitejšia z dvoch molekúl. Okrem toho, že RNA prichádza do formy tRNA, mRNA a rRNA, môže v niektorých situáciách, napríklad pri translácii proteínov, pôsobiť aj ako katalyzátor (zosilňovač reakcií).