Deoksiribonukleinska kislina (DNK) in ribonukleinska kislina (RNA) sta dve nukleinski kislini, ki ju najdemo v naravi. Nukleinske kisline pa predstavljajo eno od štirih "molekul življenja" ali biomolekul. Drugi so beljakovin, ogljikovi hidrati in lipidi. Nukleinske kisline so edine biomolekule, ki jih ni mogoče presnavljati adenozin trifosfat (ATP, "energijska valuta" celic).
DNA in RNA nosita kemijske informacije v obliki skoraj enake in logično naravnost genetske kode. DNK je originator sporočila in sredstva, s katerimi se posreduje naslednjim generacijam celic in celih organizmov. RNA je tekoči trak sporočila dajalca navodil delavcem na tekočem traku.
Medtem ko je DNK neposredno odgovorna za sel RNA (mRNA) sinteza v procesu, imenovanem transkripcija, se DNA zanaša tudi na pravilno delovanje RNA, da lahko svoja navodila posreduje ribosomom v celicah. Za nukleinske kisline DNA in RNA lahko torej rečemo, da sta razvili soodvisnost vsake enako pomembne za življenjsko poslanstvo.
Nukleinske kisline: pregled
Nukleinska kislina so dolgi polimeri, sestavljeni iz posameznih elementov nukleotidi. Vsak nukleotid je sestavljen iz treh posameznih elementov: enega do treh fosfatne skupine, a ribozni sladkor in eden od štirih možnih dušikove baze.
V prokariontih, ki jim primanjkuje celičnega jedra, se v citoplazmi nahajata tako DNA kot RNA. Pri evkariontih, ki imajo celično jedro in imajo tudi številne specializirane organele, DNA najdemo predvsem v jedru. Lahko pa ga najdemo tudi v mitohondrijih in v rastlinah znotraj kloroplastov.
Eukariontska RNA se medtem nahaja v jedru in v citoplazmi.
Kaj so nukleotidi?
A nukleotid je monomerna enota nukleinske kisline, poleg tega pa ima tudi druge celične funkcije. Nukleotid je sestavljen iz a petogljični (pentozni) sladkor v notranjem obroču s petimi atomi, en do tri fosfatne skupine in a dušikova baza.
V DNK obstajajo štiri možne osnove: adenin (A) in gvanin (G), ki sta purina, in citozin (C) in timin (T), ki sta pirimidina. RNA vsebuje tudi A, G in C, vendar nadomestke uracil (U) za timin.
V nukleinskih kislinah imajo vsi nukleotidi eno vezano fosfatno skupino, ki si jo deli z naslednjim nukleotidom v verigi nukleinskih kislin. Prosti nukleotidi pa imajo lahko več.
Znano je, da adenozin difosfat (ADP) in adenozin trifosfat (ATP) vsako sekundo sodelujeta v neštetih presnovnih reakcijah v vašem telesu.
Struktura DNA vs. RNA
Kot smo že omenili, medtem ko DNA in RNA vsaka vsebujeta dve purinski dušikovi bazi in dve dušikovi bazi pirimidina in vsebujeta isti purinski bazi (A in G) in ena od istih pirimidinskih baz (C), se razlikujejo po tem, da ima DNA drugo pirimidinsko bazo T, medtem ko ima RNA U vsako mesto, kjer bi se T pojavil v DNK.
Purini so večji od pirimidinov, saj jih vsebujejo dva spojil obroče, ki vsebujejo dušik, na eno v pirimidinih. To vpliva na fizično obliko, v kateri DNK obstaja v naravi: to je dvoverižna, in natančneje, je a dvojna vijačnica. Pramenom se na sosednjih nukleotidih pridružijo pirimidinska in purinska baza; če bi združili dva purina ali dva pirimidina, bi bil razmik prevelik oziroma dva majhna.
RNA pa je enojna veriga.
Sladkor riboze v DNK je deoksiriboza medtem ko je ta v RNA riboza. Deoksiriboza je identična ribozi, le da je hidroksilno (-OH) skupino na položaju 2-ogljik zamenjal atom vodika.
Vezava osnovnih parov v nukleinskih kislinah
Kot smo že omenili, se morajo purinske baze v nukleinskih kislinah vezati na pirimidinske baze, da tvorijo stabilno dvoverižno (in navsezadnje tudi dvojno vijačno) molekulo. Je pa dejansko bolj specifičen od tega. Purin A se veže na pirimidin T (ali U) in samo nanj, purin G pa se veže samo na pirimidin C.
To pomeni, da ko poznate osnovno zaporedje verige DNA, lahko določite natančno njeno osnovno zaporedje komplementarni (partnerski) sklop. Komplementarne sklope si predstavljajte kot obratne ali fotografske negative drug drugega.
Če imate na primer verigo DNA z baznim zaporedjem ATTGCCATATG, lahko ugotovite, da mora imeti ustrezni komplementarni verigo DNA osnovno zaporedje TAACGGTATAC.
Verige RNA so posamezne verige, vendar so v različnih oblikah za razliko od DNA. Poleg mRNA, drugi dve glavni vrsti RNA sta ribosomska RNA (rRNA) in prenese RNA (tRNA).
Vloga DNA vs. RNA v sintezi beljakovin
DNA in RNA vsebujeta genske informacije. Dejansko mRNA vsebuje enake informacije kot DNA, iz katere je bila narejena med prepisovanjem, vendar v drugačni kemični obliki.
Kadar se DNA uporablja kot predloga za izdelavo mRNA med transkripcijo v jedru a evkariontska celicasintetizira verigo, ki je analog RNA komplementarni verigi DNA. Z drugimi besedami, vsebuje ribozo in ne deoksiribozo, in kjer bi bil T prisoten v DNA, je namesto njega prisoten U.
Med prepis, nastane izdelek razmeroma omejene dolžine. Ta veriga mRNA običajno vsebuje genetske informacije za en sam edinstven beljakovinski izdelek.
Vsak trak treh zaporednih baz v mRNA se lahko razlikuje na 64 različnih načinov, kar je rezultat štirih različnih baz na vsakem mestu, dvignjenem na tretjo stopnjo, da se upoštevajo vsa tri mesta. Vsako od 20 aminokislin, iz katerih celice gradijo beljakovine, kodira prav takšna triada baz mRNA, imenovana a trojni kodon.
Prevod v Ribosomu
Potem ko mRNA med transkripcijo sintetizira DNA, se nova molekula premakne iz jedra v citoplazmo in skozi jedrsko membrano prehaja skozi jedrsko pore. Nato združi moči z ribosomom, ki se ravno povezuje iz dveh podenot, ene velike in ene majhne.
Ribosomi so najdišča prevod, ali uporaba informacij v mRNA za proizvodnjo ustreznih beljakovin.
Med prevajanjem, ko mRNA veriga "pristane" na ribosomu, aminokislina, ki ustreza trem izpostavljenim nukleotidnim bazam - to je tripletnemu kodonu - s tRNA prepelje v to regijo. Podtip tRNA obstaja za vsako od 20 aminokislin, zaradi česar je ta postopek premeščanja bolj urejen.
Ko je desna aminokislina pritrjena na ribosom, se hitro premakne na bližnje ribosomsko mesto, kjer je polipeptid, ali naraščajoča veriga aminokislin pred prihodom vsakega novega dodatka je v postopku dokončanja.
Sami ribosomi so sestavljeni iz približno enake mešanice beljakovin in rRNA. Obe podenoti obstajata kot ločeni entiteti, razen kadar aktivno sintetizirata beljakovine.
Druge razlike med DNA in RNA
Molekule DNA so precej daljše od molekul RNA; pravzaprav, ena molekula DNA tvori genski material celotnega kromosoma, ki predstavlja tisoče genov. Tudi to, da so sploh ločeni v kromosome, priča o njihovi primerjalni masi.
Čeprav ima RNA bolj skromen profil, je z vidika funkcionalnosti z vidika molekul bolj raznolika. Poleg tega, da pride v tRNA, mRNA in rRNA, lahko v nekaterih situacijah, na primer med prevajanjem beljakovin, deluje kot katalizator (ojačevalec reakcij).