Každý živý organismus v našem světě je jiný. Nejen lidé se od sebe liší. Zvířata a rostliny stejného druhu mají také rozdíly. Důvodem jsou nejen odlišné životní podmínky a životní zkušenosti. Individualita každého organismu je v něm uložena pomocí genetického materiálu.
Důležité a zajímavé otázky o nukleových kyselinách
Ještě před narozením má každý organismus svou vlastní sadu genů, která určuje absolutně všechny strukturální rysy. Nejde jen o barvu srsti nebo například tvar listů. Důležitější vlastnosti jsou dány v genech. Koneckonců, křeček se nemůže narodit kočce a baobab nemůže vyrůst ze semen pšenice.
A za všechno to obrovské množství informací jsou zodpovědné nukleové kyseliny – molekuly RNA a DNA. Jejich význam je velmi těžké přeceňovat. Informace totiž nejen uchovávají po celý život, pomáhají je realizovat pomocí proteinů a kromě toho je předávají další generaci. Jak to dělají, jak složitá je struktura molekul DNA a RNA? V čem jsou si podobné a v čem se liší? V tom všem mya přijdeme na to v dalších kapitolách článku.
Budeme analyzovat všechny informace kus po kuse, počínaje úplnými základy. Nejprve se dozvíme, co jsou nukleové kyseliny, jak byly objeveny, poté si povíme o jejich struktuře a funkcích. Na konci článku čekáme na srovnávací tabulku RNA a DNA, do které se můžete kdykoli podívat.
Co jsou nukleové kyseliny
Nukleové kyseliny jsou organické sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností, jsou to polymery. V roce 1869 je poprvé popsal Friedrich Miescher, švýcarský biochemik. Z buněk hnisu izoloval látku, která obsahuje fosfor a dusík. Za předpokladu, že se nachází pouze v jádrech, vědec jej nazval nuklein. Ale to, co zbylo po separaci proteinů, se nazývalo nukleová kyselina.
Jeho monomery jsou nukleotidy. Jejich počet v molekule kyseliny je pro každý druh individuální. Nukleotidy jsou molekuly složené ze tří částí:
- monosacharid (pentóza), může být dvou typů – ribóza a deoxyribóza;
- dusíkatá báze (jedna ze čtyř);
- zbytek kyseliny fosforečné.
Dále se podíváme na rozdíly a podobnosti mezi DNA a RNA, shrnuje tabulka na samém konci článku.
Strukturální vlastnosti: pentózy
Úplně první podobnost mezi DNA a RNA spočívá v tom, že obsahují monosacharidy. Ale pro každou kyselinu jsou jiné. Podle toho, která pentóza je v molekule, se nukleové kyseliny dělí na DNA a RNA. DNA obsahuje deoxyribózu, zatímco RNA obsahujeribóza. Obě pentózy se v kyselinách vyskytují pouze v β-formě.
Deoxyribóza nemá na druhém atomu uhlíku (označeném jako 2') žádný kyslík. Vědci naznačují, že jeho nepřítomnost:
- zkracuje spojení mezi C2 a C3;
- dělá molekulu DNA silnější;
- vytváří podmínky pro kompaktní balení DNA v jádře.
Srovnání budovy: dusíkaté báze
Komparativní charakterizace DNA a RNA není snadná. Rozdíly jsou ale vidět od samého začátku. Dusíkaté báze jsou nejdůležitějšími stavebními kameny v našich molekulách. Nesou genetickou informaci. Přesněji ne samotné základy, ale jejich pořadí v řetězci. Jsou to puriny a pyrimidiny.
Složení DNA a RNA se liší již na úrovni monomerů: v deoxyribonukleové kyselině najdeme adenin, guanin, cytosin a thymin. Ale RNA obsahuje uracil místo thyminu.
Těchto pět bází je hlavní (hlavní), tvoří většinu nukleových kyselin. Ale kromě nich jsou tu další. To se stává velmi zřídka, takové základy se nazývají vedlejší. Obě se nacházejí v obou kyselinách – to je další podobnost mezi DNA a RNA.
Sekvence těchto dusíkatých bází (a tedy nukleotidů) v řetězci DNA určuje, které proteiny může daná buňka syntetizovat. Které molekuly se v danou chvíli vytvoří, závisí na potřebách těla.
Přejít naúrovně organizace nukleových kyselin. Aby byly srovnávací charakteristiky DNA a RNA co nejúplnější a objektivní, zvážíme strukturu každé z nich. DNA má čtyři z nich a počet úrovní organizace v RNA závisí na jejím typu.
Objev struktury DNA, principy struktury
Všechny organismy se dělí na prokaryota a eukaryota. Tato klasifikace je založena na konstrukci jádra. Oba mají DNA v buňce ve formě chromozomů. Jedná se o speciální struktury, ve kterých jsou molekuly deoxyribonukleové kyseliny spojeny s proteiny. DNA má čtyři úrovně organizace.
Primární struktura je reprezentována řetězcem nukleotidů, jejichž sekvence je přísně dodržována pro každý jednotlivý organismus a které jsou propojeny fosfodiesterovými vazbami. Obrovské úspěchy ve studiu struktury řetězce DNA dosáhli Chargaff a jeho spolupracovníci. Zjistili, že poměry dusíkatých bází se řídí určitými zákony.
Říkali se jim Chargaffova pravidla. První z nich uvádí, že součet purinových bází se musí rovnat součtu pyrimidinů. To se ukáže po seznámení se sekundární strukturou DNA. Druhé pravidlo vyplývá z jeho vlastností: molární poměry A / T a G / C se rovnají jedné. Stejné pravidlo platí pro druhou nukleovou kyselinu – to je další podobnost mezi DNA a RNA. Jen ten druhý má všude uracil místo thyminu.
Mnoho vědců také začalo klasifikovat DNA různých druhů podle většího počtu bází. Pokud je součet "A+T"více než "G + C", taková DNA se nazývá AT-typ. Pokud je to naopak, pak máme co do činění s GC typem DNA.
Model sekundární struktury byl navržen v roce 1953 vědci Watsonem a Crickem a dodnes je obecně přijímán. Model je dvoušroubovice, která se skládá ze dvou antiparalelních řetězů. Hlavní charakteristiky sekundární struktury jsou:
- složení každého řetězce DNA je přísně specifické pro daný druh;
- vazba mezi řetězci je vodík, vzniklý podle principu komplementarity dusíkatých bází;
- polynukleotidové řetězce se navzájem omotávají a vytvářejí pravotočivou šroubovici zvanou „helix“;
- zbytky kyseliny fosforečné jsou umístěny vně šroubovice, dusíkaté báze jsou uvnitř.
Dále, hustší, tvrdší
Terciární struktura DNA je nadšroubovicová struktura. To znamená, že se v molekule nejen kroutí dva řetězce, ale pro větší kompaktnost je DNA navinuta kolem speciálních proteinů – histonů. Jsou rozděleny do pěti tříd v závislosti na obsahu lysinu a argininu v nich.
Poslední úrovní DNA je chromozom. Abyste pochopili, jak pevně je v ní zabalen nosič genetické informace, představte si následující: pokud by Eiffelova věž prošla všemi fázemi zhutnění, jako DNA, mohla by být umístěna do krabičky od zápalek.
Chromozomy jsou jednoduché (skládají se z jedné chromatidy) a dvojité (skládají se ze dvou chromatid). Poskytují bezpečné uloženígenetické informace a v případě potřeby se mohou otočit a otevřít přístup do požadované oblasti.
Typy RNA, strukturální rysy
Kromě skutečnosti, že jakákoli RNA se liší od DNA svou primární strukturou (nedostatek thyminu, přítomnost uracilu), liší se také následující úrovně organizace:
- Transferová RNA (tRNA) je jednovláknová molekula. Aby mohl plnit svou funkci transportu aminokyselin do místa syntézy bílkovin, má velmi neobvyklou sekundární strukturu. Říká se tomu „čtyřlístek“. Každá z jeho smyček plní svou vlastní funkci, ale nejdůležitější jsou akceptorový kmen (na něm ulpívá aminokyselina) a antikodon (který se musí shodovat s kodonem na messenger RNA). Terciární struktura tRNA byla málo studována, protože je velmi obtížné izolovat takovou molekulu, aniž by se narušila vysoká úroveň organizace. Vědci ale nějaké informace mají. Například u kvasinek má přenosová RNA tvar písmene L.
- Messenger RNA (také nazývaná informační) plní funkci přenosu informace z DNA do místa syntézy proteinů. Říká, jaký druh proteinu se nakonec ukáže, ribozomy se po něm pohybují v procesu syntézy. Jeho primární strukturou je jednovláknová molekula. Sekundární struktura je velmi složitá, nezbytná pro správné určení startu syntézy bílkovin. mRNA je složena ve formě vlásenek, na jejichž koncích jsou místa pro začátek a konec zpracování bílkovin.
- Ribozomální RNA se nachází v ribozomech. Tyto organely se skládají ze dvou podčástic, z nichž každáhostí svou vlastní rRNA. Tato nukleová kyselina určuje umístění všech ribozomálních proteinů a funkčních center této organely. Primární struktura rRNA je reprezentována sekvencí nukleotidů, jako u předchozích odrůd kyselin. Je známo, že konečnou fází skládání rRNA je párování koncových úseků jednoho vlákna. Tvorba takových řapíků dodatečně přispívá ke zhutnění celé struktury.
Funkce DNA
Deoxyribonukleová kyselina funguje jako úložiště genetických informací. Právě v sekvenci jeho nukleotidů jsou „skryty“všechny bílkoviny našeho těla. V DNA jsou nejen uloženy, ale také dobře chráněny. A i když se při kopírování vyskytne chyba, bude opravena. Veškerý genetický materiál tak bude zachován a dostane se k potomstvu.
Za účelem přenosu informací potomkům má DNA schopnost se zdvojnásobit. Tento proces se nazývá replikace. Srovnávací tabulka RNA a DNA nám ukáže, že to jiná nukleová kyselina nedokáže. Ale má mnoho dalších funkcí.
Funkce RNA
Každý typ RNA má svou vlastní funkci:
- Transport ribonukleové kyseliny dodává aminokyseliny do ribozomů, kde se z nich tvoří proteiny. tRNA přináší nejen stavební materiál, ale podílí se také na rozpoznávání kodonů. A jak správně bude protein vytvořen, závisí na jeho práci.
- Zpráva RNA čte informace zeDNA a přenáší ji do místa syntézy bílkovin. Tam se naváže na ribozom a určuje pořadí aminokyselin v proteinu.
- Ribozomální RNA zajišťuje integritu struktury organely, reguluje práci všech funkčních center.
Tady je další podobnost mezi DNA a RNA: obě se starají o genetickou informaci, kterou buňka nese.
Porovnání DNA a RNA
Pro uspořádání všech výše uvedených informací si je zapišme do tabulky.
| DNA | RNA | |
| Umístění klece | Jádro, chloroplasty, mitochondrie | Jádro, chloroplasty, mitochondrie, ribozomy, cytoplazma |
| Monomer | Deoxyribonukleotidy | Ribonukleotidy |
| Struktura | Dvouvláknová šroubovice | Jeden řetězec |
| Nukleotidy | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Funkce | Stabilní, schopné replikace | Labilní, nelze zdvojnásobit |
| Funkce | Uchovávání a přenos genetických informací | Přenos dědičné informace (mRNA), strukturální funkce (rRNA, mitochondriální RNA), účast na syntéze proteinů (mRNA, tRNA, rRNA) |
Takže jsme krátce hovořili o podobnostech mezi DNA a RNA. Stůl bude nepostradatelným pomocníkem při zkoušce nebo jednoduchou připomínkou.
Kromě toho, co jsme se již dozvěděli dříve, se v tabulce objevilo několik faktů. Například schopnost DNAduplikace je nezbytná pro buněčné dělení, aby obě buňky dostaly správný genetický materiál v plném rozsahu. Zatímco u RNA nemá zdvojnásobení smysl. Pokud buňka potřebuje další molekulu, syntetizuje ji z šablony DNA.
Charakteristiky DNA a RNA se ukázaly být stručné, ale pokryli jsme všechny rysy struktury a funkcí. Velmi zajímavý je proces translace – syntézy bílkovin. Po seznámení se s ní je jasné, jak velkou roli hraje RNA v životě buňky. A proces duplikace DNA je velmi vzrušující. Co stojí za to zlomit dvojitou šroubovici a přečíst každý nukleotid!
Naučte se každý den něco nového. Zvláště pokud se tato nová věc děje v každé buňce vašeho těla.
