Виды нуклеиновых кислот днк и рнк: Нуклеиновые кислоты (статья) | Макромолекулы

Типы нуклеиновых кислот — строение нуклеотида ДНК и РНК. Двойная спираль ДНК

Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК — являются важнейшими макромолекулами обеспечивающие непрерывность жизни. ДНК и РНК — несут генетический план строения и функционирования клетки.

Строение ДНК и РНК

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК, DNA) и рибонуклеиновая кислота (РНК, RNA).

Мономер нуклеиновых кислот — нуклеотид

ДНК и РНК состоят из мономеров. Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. В результате синтеза ДНК или РНК нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида.

Строение нуклеотида

Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов:

1. азотистого основания
2. пентозного (пятиуглеродного) сахара
3. фосфатной группы

Азотистое основание присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к одной или нескольким фосфатным группам.

Каждый нуклеотид в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) содержит один из четырех возможных азотистых оснований:

1. аденин (A),
2. гуанин (G),
3. цитозин (C),
4. тимин (T).

Аденин и гуанин классифицируются как пурины. Первичная структура пуринового основания – два гетероциклических кольца содержащих углерод и азот.

Цитозин, тимин и урацил классифицируются как пиримидины, у которых в качестве первичной структуры одно гетероциклическое кольцо.

Сахар-пентоза в ДНК — дезоксирибоза, а в РНК — рибоза. Различием между сахарами в ДНК и РНК является присутствие гидроксильной группы на втором углероде рибозы или водорода на втором углероде дезоксирибозы.

Углеродные атомы молекулы сахара пронумерованы как 1′, 2′, 3 ‘, 4′ и 5’.

Фосфатный остаток присоединяют к гидроксильной группе 5′-углерода одного сахара и гидроксильной группе 3′-углерода сахара следующего нуклеотида, который образует 5′-3′-фосфодиэфирную связь

.

Структура двойной спирали ДНК

ДНК имеет двухспиральную структуру.

Сахар и фосфат лежат снаружи спирали, образуя основу ДНК.

Азотистые основания уложены во внутреннюю часть.

Пары азотистых оснований связаны друг с другом водородными связями.

Каждая пара оснований в двойной спирали отделена от следующей пары оснований на 0,34 нм.

Две нити спирали движутся в противоположных направлениях — одна нить спирали имеет направление от 5′ к 3′, а другая – направление от 3′ к 5′.

Разрешены только определенные типы спариваний оснований. Например, определенный пурин может спариваться только с определенным пиримидином, т.е. аденин (A) может спариваться (комплементарен) с тимином (T), а гуанин (G) комплементарен цитозину (C).

РНК

Состав РНК

РНК обычно одноцепочечна и состоит из рибонуклеотидов, которые связаны фосфодиэфирными связями. Рибонуклеотид в цепи РНК содержит рибозу (пентозный сахар), один из четырех азотистых оснований (A, U (урацил), G и C) и фосфатную группу.

Виды и функции РНК

Четыре основных типа РНК — информационная РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК), транспортная РНК (тРНК) и микро РНК (miRNA).

Статьи в категории

1. Нуклеиновые кислоты, их виды и функции в организме.

Нуклеиновая кислота — высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остаткаминуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализациинаследственной информации.

В природе существует два вида нуклеиновых кислот — дезок-сирибонуклеиновые (ДНК)и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК— рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав рибосом; молекулы РНК содержатся также в цитоплазме, матриксе пластид и митохондрий.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сахар — дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A),пиримидиновые — тимин (T) и цитозин (C). ДНК часто состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных антипараллельно.

РНК (рибонуклеиновая кислота). Сахар — рибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновыеурацил (U) и цитозин (C). Структура полинуклеотидной цепочки аналогична таковой в ДНК. Из-за особенностей рибозы молекулы РНК часто имеют различные вторичные и третичные структуры, образуя комплементарные участки между разными цепями.

2. Понятие об экосистемах. Цепи питания.

Экосистема, или экологическая система — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Экологическая система представляет собой любую совокупность живых организмов и среды их обитания, взаимосвязанных обменом веществ, энеpгии, и информации, которую можно ограничить в пpостpанстве и во вpемени по значимым для конкpетного исследования пpинципам. 

Цепь питания— пищевая цепь. Растения, животные, грибы, микроорганизмы, связанные между собой отношением пища-потребитель(органическое вещество-потребитель органического вещества. Пищевая цепь состоит примерно из 4-5 звеньев. Пищевая цепь состоит из продуцентов(производители органического вещества-растения автотрофы),консументов (потребители органического вещества) и редуцентов (бактерий, микроорганизмов разрушающих остатки органического вещества).

Примеры пищевых цепей:

1.злаковые — кузнечики — лягушки — змеи — ежи – коршун 2.отмершие растения и животные — бактерии — простейшие — рыбы- нутрии — камышовый кот 3.зеленая водоросль — рачок из рода Дафний — мелкая рыба — окунь — судак – человек 4.фитопланктон — зоопланктон — рыба питающаяся планктоном — хищная рыба — дельфин Самые длинные цепи питания образуются в океане, так — как там обитает большое разнообразие видов.

Билет №6

1. Углеводы и липиды, их функции в организме.

Липиды — обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках.

Углеводы — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. В живых организмах углеводы выполняют различные функции, но основными являются энергетическая и строительная. Энергетическая функция состоит в том, что углеводы под влиянием ферментов легко расщепляются и окисляются с выделением энергии. При полном окислении 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Конечные продукты окисления углеводов – углекислый газ и вода. Значительная роль углеводов в энергетическом балансе живых организмов связана с их способностью расщепляться как при наличии кислорода, так и без него. Это имеет важнейшее значение для живых организмов, живущих в условиях дефицита кислорода. Резервом глюкозы являются полисахариды (крахмал и гликоген) . 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) относятся к сложным высокомолекулярным соединениям, состоят из небольшого числа индивидуальных химических компонентов более простого строения. Так, при полном гидролизе нуклеиновых кислот (нагревание в присутствии хлорной кислоты) в гидролизате обнаруживают пуриновые и пиримидиновые основания, углеводы (рибоза и дезоксирибоза) и фосфорную кислоту :

В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК – рибозой, отсюда их названия: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты. Кроме того, они содержат фосфорную кислоту, по два пуриновых и по два пиримидиновых основания; различия только в пиримидиновых основаниях: в ДНК содержится тимин, а в РНК – урацил. В составе ДНК и РНК открыты так называемые минорные (экзотические) азотистые основания (строение некоторых из них приводится далее).

Углеводы (рибоза и дезоксирибоза) в молекулах ДНК и РНК находятся в β-D-рибофуранозной форме:

В составе некоторых фаговых ДНК обнаружена молекула глюкозы, которая соединяется гликозидной связью с 5-оксиметилцитозином.

Основу структуры пуриновых и пиримидиновых оснований составляют два ароматических гетероциклических соединения – пиримидин и пурин :

Молекула пурина состоит из двух конденсированных колец: пиримидина и имидазола.

В составе нуклеиновых кислот встречаются три главных пиримидиновых основания: цитозин, урацил и тимин.

Помимо главных пиримидиновых оснований, в составе нуклеиновых кислот открыты минорные пиримидиновые основания, 5-метил- и 5-окси-метилцитозин, дигидроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротовая кислота, 5-карбоксиурацил, 4-тиоурацил и др. Забегая несколько вперед, укажем, что только для тРНК список минорных оснований приближается к 50. На долю минорных оснований приходится до 10% всех нуклеотидов тРНК, что имеет, очевидно, важный физиологический смысл (защита молекулы РНК от действия гидролитических ферментов). Структурные формулы ряда минорных пиримидиновых оснований представлены в форме нуклеозидов – соединений с углеводным компонентом:

Два пуриновых основания, постоянно встречающихся в гидролизатах нуклеиновых кислот, имеют следующее строение:

К минорным нуклеозидам пуринового ряда, обнаруживаемым в составе ДНК и РНК, относятся инозин, N⁶-метиладенозин, N²-метилгуанозин, ксантин, гипоксантин, 7-метилгуанозин и др.

Одним из важных свойств свободных азотистых оснований (содержащих оксигруппы) является возможность их существования в двух таутомерных формах, в частности лактим- и лактамной формах, в зависимости от значения рН среды: при рН 7,0 они представлены в лактамной форме, при снижении величины рН – в лактимной форме. Таутомерные превращения можно представить на примере урацила.

Оказалось, что в составе природных нуклеиновых кислот все оксипроиз-водные пуринов и пиримидинов находятся в лактамной форме.

О локализации и количественном содержании нуклеиновых кислот в клетках получены определенные данные. Доказано, что количественное содержание ДНК в клетках одного и того же организма отличается удивительным постоянством и исчисляется несколькими пикограммами, однако в клетках разных видов живых организмов имеются существенные количественные различия в содержании ДНК. Хорошо известно также, что ДНК преимущественно сосредоточена в ядре, а в митохондриях и хлоро-пластах содержится только небольшой процент клеточной ДНК. О количестве РНК нет точных данных, поскольку содержание ее в разных клетках в значительной степени определяется интенсивностью синтеза белка. На долю РНК приходится около 5–10% от общей массы клетки. Современная классификация различных типов клеточной РНК основывается на данных топографии, функции и молекулярной массы. Выделяют три главных вида РНК: матричную (информационную) – мРНК, которая составляет 2–3% от всей клеточной РНК; рибосомную – рРНК, составляющую 80–85% и транспортную – тРНК, которой около 16%. Эти 3 вида различаются нуклеотид-ным составом и функциями (табл. 3.1).

Матричная РНК (мРНК) синтезируется в ядре на матрице ДНК, затем поступает в рибосому, выполняя матричную функцию при синтезе белка (см. главу 14). По предположению акад. А.С. Спирина, часто мРНК при поступлении из ядра в цитоплазму образует со специфическими РНК-свя-зывающими белками комплексы – так называемые информосомы, способные к обратимой диссоциации. Информосомы рассматриваются как транспортная форма мРНК, способствующая образованию полирибосом в цитоплазме. Транспортные РНК (тРНК) имеют небольшую молекулярную массу и содержатся в растворимой фракции цитоплазмы, выполняя функцию переноса аминокислот к месту белкового синтеза – рибосоме. Рибосом-ные РНК (рРНК), как видно из данных табл. 3.1, имеют разную и значительно большую молекулярную массу. Они локализуются в двух субчастицах рибосом 50S и 30S у Е.coli и 60S и 40S в клетках животных (табл. 3.2).

Субчастица 60S содержит три разных рРНК (5S, 5,8S и 28S рРНК), в то время как субчастица 40S – одну молекулу 18S рPHK. Детально роль рРНК в белковом синтезе пока не выяснена (см. главы 13, 14).

Предыдущая страница | Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ

Школа одаренных детей. «Нуклеиновые кислоты — ДНК, РНК, генетический код» (11-й класс)

Нуклеиновые кислоты - фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Макромолекулы нуклеиновых кислот с молекулярной массой от 10 000 до несколько миллионов открыты в 1869 г, швейцарским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов входящих в состав гноя. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных клетках, вирусах, бактериях, грибах.

Термин «Нуклеус» — ядро, играют центральную роль в синтезе белков в клетке. Нуклеиновые кислоты представляют макромолекулы, которые образуют длинные цепи полимеров из мономеров- нуклеотидов.

«Схема № 1 Состав нуклеиновых кислот»

Нуклеиновые кислоты содержат С, Н, О, Р, и N. В природе существует два вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различия в названиях объясняются тем, что молекула ДНК содержит пентозный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК — рибозу. Например, в бактериальной клетке кишечной палочки содержится около 100 различных нуклеиновых кислот, а у животных и растений — ещё больше. Каждый вид организмов содержит свой, характерный только для него, набор этих кислот. ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав ядрышек, рибосом, митохондрий, пластид и цитоплазмы.

Характеристика нуклеиновых кислот

ДНК Структура ДНК была расшифрована Д.Уотсоном и Ф. Криком в 1953г. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек, спирально закрученных одна относительно другой. Количество нуклеотидов может быть разным — от 80 в у РНК до десятков тысяч у ДНК. В состав

• любого нуклеотида ДНК входит одно из 4 азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин), дезоксирибоза (С Н10 О) и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям, между которыми имеется близкая
• родственная связь. Цитозин, тимин, урацил относятся к пиримидиновым, а аденин и гуанин — к пуриновым основаниям. В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеодиды
• связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между ДНК и остатком фосфорной кислоты.

Правила Чаргаффа — » В любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина - тиамину».

ДНК представляет собой двойную спираль. В ядре клетки человека общая длина ДНК около 2 м. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидиновых и пуриновых. Одна цепь нуклеотидов образуется в результате реакции конденсации. Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов.

Принцип комплементарности. Против аденина одной цепи всегда располагается тимин на другой цепи, а против гуанина одной цепи — всегда цитозин другой цепи, то есть аденин комплементарен тимину и между ними две водородные цепи, а гуанин — цитозину (три водородные цепи).

Комплементарность — это способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом.

Самоудвоение молекулы ДНК. Самоудвоение это способность воспроизведение точных копий исходной молекулы. Благодаря этой способности молекулы ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления. Процесс самоудвоения молекулы ДНК называют репликацией.

Репликация — сложный процесс, идущий с участием ферментов (ДНК-полимераз). Репликация осуществляется полуконсервативным способом, то есть под действием ферментов молекула ДНК раскручивается и около каждой цепи по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Каждая одинарная цепь по принципу комплементарности притягивает к своим нуклеотидным остаткам и закрепляет водородные связи свободные нуклеотиды, находящиеся в клетке. Таким образом, полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи. В результате получается две молекулы ДНК, у каждой из которых одна половина происходит от родительской молекулы. Самая высокая особенность репликации ДНК — ее высокая точность, которая обеспечивается комплексом белков — «репликативной машиной». Эта машина выполняет три функции:

1) выбирает нуклеотиды, способные образовывать комплементарную пару с нуклеотидами родительской матричной цепи.2) катализирует образование ковалентной связи между каждым новым нуклеотидом.3) корректирует цепь, удаляя неправильно включившихся нуклеотидов.

РНК Молекулы РНК являются полимерами, мономерами которых являются рибонуклеотиды. Молекула РНК представляет собой неразветвленный полинуклеотид, имеющий третичную структуру. Имеет одну полинуклеотидную цепочку. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК. Существует три основных класса нуклеиновых кислот: информационная (матричная) РНК — и РНК (м РНК), транспортная РНК — т РНК, рибосомная — р РНК.

Информационные — РНК являются переносчиками генетической информации из ядра в цитоплазму. Они служат матрицей для синтеза молекулы белка. На долю и РНК приходиться до 5% от общего содержания РНК в клетке.

Транспортные — РНК. Молекулы транспортных РНК содержат обычно 75-86 нуклеотидов. Молекулы т РНК играют роль посредников в биосинтезе белка — они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, в рибосомы. В клетке содержится более 30 видов т РНК.

Рибосомные — РНК 80-85 % от общего содержания РНК. Основное значение р РНК состоит в том, что она обеспечивает и формирует активный центр рибосом, в которых происходит образование пептидных связей.

Генетический код — является наследственной информацией, которая определяет строение белковых молекул. Сочетание нуклеотидов образует — триплет в цепи нуклеиновой кислоты. Каждый участок ДНК, определяющий синтез одной белковой молекулы называют геном. Каждый ген заключает информацию о структуре одного белка.

Биосинтез белка — важнейший процесс в живой природе, создание молекул на основе информации о последовательности аминокислот заключенной в структуре ДНК, содержащейся в ядре.

Транскрипция — (переписывание) осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза. При участие фермента РНК — полимеразы на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК. В цитоплазму перемещаются и РНК и т РНК и встраиваются р РНК.

Рис. 1. Схема синтеза белка

Трансляция — (передача наследственной информации). Рибосома наступает на один из концов и РНК и начинает перемещаться прерывисто по и РНК, триплет за триплетом, где наращивается полипептидная цепочка, одна за другой соединяются аминокислоты, поднесенные т РНК. Каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к т РНК

 

Рис. 2. Графическое изображение трансляции

Свойства генетического кода:

1) Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов.

2) Универсальность: генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов.

3) Вырожденность: (избыточность) одну аминокислоту могут кодировать несколько (до шести) кодонов.

4) Однозначность: кодовый триплет, кодон соответствует одной аминокислоте.

5) Неперекрываемость: Последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов.

Тест

Нуклеиновые кислоты ДНК, РНК — сходство и отличие.

1. Нуклеотид состоит из:

а) глицерина и высших карбоновых кислот

б) азотистых оснований

в) сахара, фосфатной группы и циклического азотосодержащего соединения.

г) сахаро-фосфатного остова.

2. Транскрипцией называется:

а) синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы.

Б) синтез полипептида с использованием и РНК в качестве матрицы

В) удвоение ДНК.

3. Трансляция — это процесс:

а) Синтеза полипептида с использованием и РНК в качестве матрицы.

Б) Расщепление белка на аминокислоты.

В) Синтез рибосомной РНК.

4. По участку Ц-Т-Г-А молекулы ДНК синтезирован

а) Г-А-Ц-Т

б) Ц-А-Ц-Т

в) Г-А-Ц-У

г) Г-Г-Ц-Т

5. Генетическим годом называется:

а) соответствие между последовательностью нуклеотидов в ДНК или и РНК и последовательностью аминокислот в молекуле белка.

б) Нуклеотидное строение ДНК

в) Последовательность аминокислот в молекуле белка.

6. Синтез рибосомной РНК осуществляется:

а) в ядре

в) в цитоплазме

в) на мембранах эндоплазматической сети.

7. образование всех видов РНК связано с одной из структур ядра:

а) ядерной оболочкой

б) ядерным матриком

в) хромосомами

г) ядрышком.

8. Самыми длинными молекулами в клетках являются молекулы:

а) целлюлозы

б) крахмала

в) ДНК

г) белков.

9. Одна аминокислота кодируется:

1) четырьмя нуклеотидами

2) двумя нуклеотидами

3) одним нуклеотидом

4) тремя нуклеотидами.

10. В соответствии с принципом комплементарности аденин в молекуле ДНК образует пару с:

1) тиамином

2) гуанином

3) цитозином

4) урацилом.

О происхождении жизни и РНК. Как ученые ищут подтверждение теории РНК-мира

Среди современных концепций зарождения жизни одно из доминирующих положений занимает теория РНК-мира. Попробуем разобраться, что же это такое.

Открытия в молекулярной биологии прошлого столетия привели человечество к пониманию устройства жизни на химическом уровне. Выяснилось, что основу жизнедеятельности любого организма составляют две группы веществ-биополимеров: белки и нуклеиновые кислоты.

Белки, чьи длинные, хитроумно свернутые цепи состоят из десятков и сотен последовательно связанных аминокислот, выполняют в клетке роль рабочих инструментов и универсального строительного материала. Белки-ферменты ускоряют и направляют все химические реакции, протекающие в клетке, формируя ее облик.

Но белки — временные инструменты, потребность в которых постоянно изменяется по ходу жизни организма. Для хранения же информации о белках, а значит, и о строении самого организма природа использует нуклеиновые кислоты — ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту) и РНК (рибонуклеиновую кислоту). Эти длинные молекулы, построенные из сцепленных между собой четырех видов нуклеотидов, очень похожи по строению, но обладают разными свойствами. Две направленные в разные стороны цепи ДНК формируют жесткую и стабильную двойную спираль длиной в миллионы пар нуклеотидов. РНК же образует сравнительно короткие цепи, подверженные разнообразным химическим реакциям и заплетенные петлями сами на себя.

Структура молекулы ДНК. Изображение: Richard Wheeler / Wikimedia

Столь различная структура объяснила ученым принципиально разные функции ДНК и РНК. ДНК оказалась надежным, долговременным хранилищем информации о белках организма, а РНК — мобильным, коротко живущим переносчиком информации. Она синтезируется белками-полимеразами по ДНК-матрице и отвечает за расшифровку информации, записанной в ДНК, а также за сборку белков по ДНК-чертежу.

Весь этот ворох знаний был накоплен учеными к середине 60-х годов прошлого столетия, став предтечей настоящей биотехнологической революции. Но одновременно он поставил ученых, мучающихся над проблемой зарождения жизни, перед парадоксом.

Для существования первых «живых», то есть способных к размножению и самоподдержанию биохимических систем, достаточно ДНК, РНК и белка. С ролью РНК все вроде бы понятно — типичная молекула на побегушках, которая ничего толком не умеет и не решает, но необходима для переноса информации из ДНК и работы механизмов сборки белка. А вот белки и ДНК явно должны были занимать центральное место в картине доисторического мира.

Информация о структуре белков-катализаторов, умеющих все на свете, способна сохраняться, только будучи записанной в структуре ДНК. Одновременно стабильная ДНК, отлично сохраняя информацию, не способна на самостоятельные химические превращения, кроме, разве что, медленного распада. Что же появилось в эволюции раньше — умелые, короткоживущие белки или надежная, но беспомощная ДНК? Одно никак не может появиться без другого, а случайное одномоментное зарождение сложной ДНК-РНК-белковой самовоспроизводящейся системы казалось невероятным.

Тут взгляды ученых и обратились на РНК. РНК не стабильна и ужасно плохо хранит информацию, но все же хранит ее. А что если допустить, что заплетенные в витиеватые петли цепи РНК смогут работать наподобие белков-ферментов, катализируя, то есть ускоряя, биохимические реакции? Пусть они бы справлялись с этой задачей в сотни раз хуже белков, но гипотетически такие РНК-катализаторы могли бы устойчиво существовать и размножаться на поверхности древней Земли еще до появления белков и ДНК. А их химическая нестабильность была бы даже плюсом, приводя к бешеному темпу эволюции первобытной РНК-фауны.

Структура молекулы предшественника матричной РНК. Изображение: Vossman / Wikimedia

Смелая гипотеза оказалась пророческой, в начале 80-х были найдены первые рибозимы — биокатализаторы на основе РНК. Чуть позже ученые получили аптамеры — молекулы РНК, способные избирательно связывать определенные вещества. Оказалось, что РНК может выполнять работу как по биокатализу, так и по молекулярному распознаванию. Да, у нее это получается хуже, чем у белков, но все же получается.

С тех пор ученые не оставляют настойчивых попыток получить в лаборатории рибозим, способный к устойчивому копированию (репликации) молекул РНК любой структуры. Появившись на заре эволюции, аналогичный рибозим стал бы настоящим «ядром» гипотетического РНК-мира, а его получение было бы осязаемым подтверждением пока еще умозрительной гипотезы.

За годы исследований были получены рибозимы-лигазы, способные сшивать молекулы РНК между собой, и даже рибозимы-полимеразы, копирующие небольшие, однородные по своему нуклеотидному составу фрагменты РНК. Но на всех сложных, способных к биокатализу и молекулярному распознаванию последовательностях они упрямо буксовали, отказываясь работать.

И вот недавно в авторитетном журнале PNAS была опубликована статья о получении первого рибозима, уверенно копирующего РНК-матрицы любого нуклеотидного состава. В ходе экспериментов ученые подменили собой эволюцию: путем искусственного отбора в пробирке им удалось создать рибозим, копирующий РНК с недоступной ранее точностью.

Каждый из 24 раундов мутации-отбора начинался с копирования уже существующего фермента в биохимическом процессе, получившем название рибоПЦР. Эта реакция — аналог хорошо известной полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющей за несколько часов синтезировать миллионы копий нужного фрагмента ДНК. Для того чтобы в системе появился материал для искусственного отбора, реакция была модифицирована в сторону уменьшения точности копирования. Частота ошибок достигала 10% в пересчете на отдельный нуклеотид. Благодаря этому запланированному случайному мутагенезу ученым удалось получить 10¹⁴ (100 триллионов!) различных вариантов исходного рибозима. После завершения реакции мутантные рибозимы придирчиво отбирались учеными: в следующий раунд мутации проходили только самые быстрые и точные рибозимы, способные к наилучшему копированию матрицы.

После завершения этой кропотливой работы исследователи получили рибозим, названный 24-3 полимераза. Впервые в руки ученых попал рибозим, способный реплицировать небольшие цепи РНК любой последовательности. С его помощью удалось реплицировать несколько аптамеров. Затем неутомимой полимеразой был копирован каталитически активный рибозим-лигаза. Но настоящим достижением стало то, что с помощью 24-3 полимеразы удалось реплицировать одну из транспортных РНК. Эти крупные, хитро заплетенные в фигуру наподобие клеверного листа молекулы РНК переносят звенья-аминокислоты к месту сборки белковых цепей и являются важнейшим компонентом аппарата синтеза белка.

Скорость работы полученного рибозима оказалась крайне мала, а производительность несравнима с природными белками-полимеразами, но главное — он был получен, и он работает. Теперь для доказательства возможности существования древнего РНК-мира ученым остался последний шаг — создать рибозим, способный устойчиво реплицировать сам себя. Сделав его, человечество получит в пробирке колонию самокопирующихся молекул РНК — потенциальный аналог первой формы жизни на нашей планете.

Несколько месяцев работы позволили исследователям вплотную приблизиться к созданию искусственного прототипа первобытной жизни. Что же могло получится у естественного отбора за сотни миллионов лет? Еще никогда мы не были так близки к ответу на этот вопрос.

 Дмитрий Лебедев

Нуклеиновые кислоты

Урок 7 Тема: НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ Задачи: познакомить учащихся с особенностями строения молекул ДНК и РНК, выявить основные различия и общие эле­менты в строении ДНК и РНК, рассмотреть виды РНК и их зна­чение для организма. Элементы содержания: нуклеиновая кислота, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), РНК (рибонуклеиновая кислота), азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил; комплементарность, тРНК (транспортная РНК), рРНК (рибсомная РНК), иРНК(информационная РНК), нуклеотид. Проверка знаний учащихся. Задание: составьте краткую характеристику особенностей строения и выполняемых функций белковой молекулы в виде: A) короткого рассказа; Б) опорного конспекта; B) схематического рисунка. II. Изучение нового материала. 3.1 Нуклеиновые кислоты впервые были обнаружены в яд­рах клеток, в связи с чем и получили свое название. Есть два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекулы нуклеино­вых кислот представляют собой очень длинные полимерные це­почки, мономерами которых являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Схема строения нуклеотида Азотистое основание: Аденин-А Или тимин-Т Или цитозин-Ц Или гуанин-Г Или урацил-У Остаток фосфорной кислоты Запомните: последовательность нуклеотидов 1 молекуле ДНК всегда строго индивидуальна и неповторима для каждого вида. Последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК определяет наследственную инфор­мацию клетки. Структуру молекулы ДНК раскрыли в 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик. 3.2 Сравнительная характеристика ДНК и РНК. Признаки ДНК РНК 1 2 3 Местонахож­дение в клетке У эукариот — ядро, мито­хондрии, хлоропласты, у прокариот — цитоплазма Ядро, митохондрии, хло­ропласты, цитоплазма, рибосомы Строение Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, одно из четырех азотистых осно­ваний: аденин, гуанин, цитозин или тимин (А, Г, Ц, Т) и остаток фосфор­ной кислоты Нуклеотиды, входящие в состав РНК, содержат рибозу, одно из четырех азотистых оснований; аденин, гуанин, цитозин или урацил (А, Г, Ц, У) и остаток фосфорной кислоты Структура Состоит из двух полинуклеотидных цепочек, скрученных в виде двойной спирали в направле­нии слева направо. Нук­леотиды (мономеры) одной из цепочек соединяются парами с нуклеотидами другой цепочки посредством соединения их азотистых оснований: аденин (А) — с тимином (Т), гуанин (Г) — с цитозином (Ц) Состоит из одинарной полинуклеотидной цепочки Функции Носитель наследствен­ной информации: уча­стки ДНК, кодирующие определенный белок, являются генами Обеспечивают синтез в клетке специфических для нее белков. Типы РНК: Информационные РНК (иРНК) — переносят ин­формацию о первичной структуре белка, с ДНК к месту синтеза белка; транспортные РНК (тРНК) — переносят амино­кислоты к месту синтеза белка; рибосомные РНК (рРНК) —вместе с белками образуют мельчайшие органоиды клетки — рибосомы, в ко­торых происходит синтез белка 3.3 Специфические свойства ДНК. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. При этом способность нуклеотидов к избирательному соедине­нию в пары называется комплементарностью. На свойстве комплементарности основана способность мо­лекулы ДНК удваиваться. Процесс удвоения ДНК называется репликацией Репликация начинается с того, что двойная спираль ДНК временно раскручивается под действием фермента. Постепенно к каждой из двух цепочек достраивается комплементарная ей половина из соответствующих нуклеотидов. В результате полу­чаются две молекулы ДНК, у каждой из которых одна половина происходит от родительской молекулы, а другая является вновь синтезированной. Способность ДНК к удвоению позволяет при делении клетки передавать наследственную информацию во вновь образующиеся клетки. IV. Закрепление изученного материала. Задание 1. Фрагмент одной из цепей ДНК имеет следую­щий состав: ГГГЦААТТЦА В соответствии с принципом комплементарности достройте фрагмент второй цепи ДНК. Задание 2. Какие изменения произойдут с данным участ­ком ДНК при подготовке клетки к делению? — Г — -Ц — -Г- -А- -Т- — Ц- -А- III III III II II III II -Ц — -Г — -Ц — -Т- — А- -Г- — Т- Задание 3. Достройте к данному участку ДНК участок иРНК. -Г-А-Ц-Т-А-Ц-А-А-Г- Достарыңызбен бөлісу:

Научно-познавательный проект «Нуклеиновые кислоты. ДНК. РНК».

Слайд 1

Нуклеиновые кислоты МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №14 пос. Подъяпольский » Подготовила: Вдовенко Дарья Николаевна Руководитель: Крысь Наталья Семеновна

Слайд 2

Содержание: Что это? Строение (Азотистые основания, пентоза) Разновидности ДНК (Структура, принцип комплементарности , свойства) РНК (Структура, рРНК , иРНК , тРНК ) Механизм передачи генетической информации Источники

Слайд 3

Что это? НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению. Нуклеиновые кислоты есть ядрах клеток всех растительных и животных организмов, что определило их название (лат . nucleus – ядро).

Слайд 4

Строение Азотистое основание Пентоза Остаток фосфорной кислоты Нуклеозид Нуклеотид Азотистое основание + Углевод = Нуклеозид Нуклеозид + Остаток фосфорной кислоты = Нуклеотид, т.е. структурное звено полимерной цепи нуклеиновых кислот.

Слайд 5

Азотистые основания Основу структуры азотистых оснований составляют ароматические гетероциклические соединения – пиримидин или пурин Пиримидин Пурин В составе нуклеиновых кислот встречаются: три пиримидиновых основания: цитозин (Ц), урацил (У), тимин (Т) два пуриновых основания: аденин (А), гуанин(Г)

Слайд 6

пентоза В качестве пентозы в молекуле нуклеиновых кислот выступает рибоза или дезоксирибоза . Это создает основу для нахождения различий между ДНК и РНК…

Слайд 7

разновидности Нуклеиновые кислоты Рибонуклеиновая кислота(РНК) Дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК)

Слайд 8

ДНК Аденин / Гуанин/ Тимин/ Цитозин Дезоксирибоза Остаток фосфорной кислоты Состав нуклеотида ДНК ДНК – главная молекула в организме. Она хранит генетическую информацию, которая передаётся из поколения в поколение. В закодированном виде в ДНК записан состав всех белков организма. Каждой аминокислоте, входящей в состав белка, соответствует свой код – определенная последовательность из трёх азотистых оснований.

Слайд 9

Структура ДНК ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль. Такая пространственная структура удерживается множеством водородных связей, образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали. Образование водородных связей проходит по принципу комплементарности …

Слайд 10

Принцип комплементарности Состоит в возникновении водородных связей между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи Образование связей обусловлено пространственным соответствием между комплементарными парами. ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А) ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г) Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранение и передачи наследственных признаков.

Слайд 11

Свойства , определяющие способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию: Молекулы ДНК способны к репликации(удвоению), т.е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи. Молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для организмов данного вида.

Слайд 12

РНК Молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго определенной пространственной формы. Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка. Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль – рРНК , иРНК , тРНК . Аденин / Гуанин/ Урацил / Цитозин Рибоза Остаток фосфорной кислоты Состав нуклеотида РНК

Слайд 13

Рибосомные РНК Составляют 85% всей РНК клетки. Входят в состав рибосом и выполняют структурную функцию. Участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит образование пептидных связей между молекулами аминокислот в процессе биосинтеза белка.

Слайд 14

Информационные РНК Занимают около 5% клетки. Считывают информацию с участка ДНК о первичной структуре белка и несут эту информацию к рибосомам . Каждый белок кодируется своей специфической иРНК . Это обусловлено тем, что в процессе своего синтеза иРНК получает информацию о структуре белка от ДНК в форме скопированной последовательности нуклеотидов. Программируют синтез белков молекулы.

Слайд 15

Транспортные РНК Занимают примерно 10% клетки. Каждая тРНК присоединяет и переносит определенную аминокислоту к рибосомам – месту синтеза белка. В соответствии с 20 видами аминокислот существует 20 различных тРНК . Основная функция тРНК – транспортировка аминокислот.

Слайд 16

Механизм передачи генетической информации транскрипция трансляция Транскрипция. Генетическая информация, записанная в последовательности оснований в молекуле ДНК, передается на молекулу РНК. При этом происходит локальное расплетение цепей ДНК в транскрибируемом участке и присоединение рибонуклеотидных остатков к растущей цепи РНК. По окончании транскрипции каждого очередного участка молекулы ДНК ее двухспиральная структура восстанавливается. Трансляция. Передача генетической информации с РНК на белок. Биосинтез белка происходит на рибосомах. Рибосома, продвигается вдоль РНК, последовательно выбирая из среды те аминокислоты, соединенные с тРНК , которые соответствуют кодирующим последовательностям нуклеотидов. При этом последовательность кодонов в зрелой молекуле РНК определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Слайд 17

источники http://www.xumuk.ru/biologhim/036.html http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/87e74361-fdd9-6577-e717-41c1f5a40b59/1011832A.htm http://studentik.net/lekcii/lekcii_xmia/3082-lekcija-19-nukleozidy.-nukleotidy.-nukleinovye.html http://biochemistry.ru/biohimija_severina/B5873Part25-141.html http://orgchem.ru/chem6/hm642.htm http://medicalplanet.su/genetica/28.html Литература: «Химия 10 класс» Габриелян «Химия 10 класс» Кузнецова «Химия» Потапов, Хомченко

3.4A: ДНК и РНК — Biology LibreTexts

Цели обучения

• Опишите структуру нуклеиновых кислот и типы молекул, которые их содержат

Типы нуклеиновых кислот

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК — это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих. Он находится в ядре эукариот, в хлоропластах и ​​митохондриях.У прокариот ДНК не заключена в мембранную оболочку, а свободно плавает в цитоплазме.

Все генетическое содержимое клетки известно как ее геном, а изучение геномов — это геномика. В эукариотических клетках, но не в прокариотах, ДНК образует комплекс с гистоновыми белками с образованием хроматина, вещества эукариотических хромосом. Хромосома может содержать десятки тысяч генов. Многие гены содержат информацию для производства белковых продуктов; другие гены кодируют продукты РНК.ДНК контролирует всю клеточную активность, «включая» или «выключая» гены. ”

Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка. У эукариот молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника для связи с остальной частью клетки. Этим посредником является информационная РНК (мРНК). Другие типы РНК, такие как рРНК, тРНК и микроРНК, участвуют в синтезе белка и его регуляции.

Нуклеотиды

ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотиды.Нуклеотиды соединяются друг с другом, образуя полинуклеотид: ДНК или РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов:

1. азотистое основание
2. пентозный (пятиуглеродный) сахар
3. фосфатная группа

Каждое азотистое основание в нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к одной или нескольким фосфатным группам.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): ДНК и РНК : нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и одной или нескольких фосфатных групп.Остатки углерода в пентозе пронумерованы от 1 ‘до 5’ (штрих отличает эти остатки от остатков в основании, которые пронумерованы без использования штрихового обозначения). Основание прикреплено к положению 1 ‘рибозы, а фосфат присоединено к положению 5’. Когда образуется полинуклеотид, 5′-фосфат входящего нуклеотида присоединяется к 3′-гидроксильной группе в конце растущей цепи. Два типа пентозы содержатся в нуклеотидах: дезоксирибоза (содержится в ДНК) и рибоза (содержится в РНК).Дезоксирибоза похожа по структуре на рибозу, но имеет H вместо OH в положении 2 ‘. Основания можно разделить на две категории: пурины и пиримидины. Пурины имеют двойную кольцевую структуру, а пиримидины — одинарное кольцо.

Азотистое основание

Азотистые основания представляют собой органические молекулы и названы так потому, что содержат углерод и азот. Они являются основаниями, потому что содержат аминогруппу, которая может связывать дополнительный водород и, таким образом, уменьшать концентрацию ионов водорода в окружающей среде, делая его более основным.Каждый нуклеотид в ДНК содержит одно из четырех возможных азотистых оснований: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T).

Аденин и гуанин относятся к пуринам. Первичная структура пурина состоит из двух углеродно-азотных колец. Цитозин, тимин и урацил классифицируются как пиримидины, которые имеют одно углеродно-азотное кольцо в качестве первичной структуры. К каждому из этих основных углеродно-азотных колец присоединены разные функциональные группы. В сокращении молекулярной биологии азотистые основания обозначаются просто символами A, T, G, C и U.ДНК содержит A, T, G и C, тогда как РНК содержит A, U, G и C.

Пятиуглеродный сахар

Пентозный сахар в ДНК — дезоксирибоза, а в РНК — рибоза. Разница между сахарами заключается в наличии гидроксильной группы на втором углероде рибозы и водорода на втором углероде дезоксирибозы. Атомы углерода молекулы сахара пронумерованы как 1 ‘, 2’, 3 ‘, 4’ и 5 ‘(1’ читается как «один штрих»).

Фосфатная группа

Фосфатный остаток присоединен к гидроксильной группе 5′-углерода одного сахара и гидроксильной группе 3′-углерода сахара следующего нуклеотида, которая образует 5’3 ‘фосфодиэфирную связь.Фосфодиэфирная связь не образуется в результате простой реакции дегидратации, как другие связи, соединяющие мономеры в макромолекулах: ее образование включает удаление двух фосфатных групп. Полинуклеотид может иметь тысячи таких фосфодиэфирных связей.

Ключевые моменты

• Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются ДНК и РНК.
• И ДНК, и РНК состоят из нуклеотидов, каждый из которых содержит сахарный каркас из пяти атомов углерода, фосфатную группу и азотистое основание.
ДНК
• обеспечивает код активности клетки, в то время как РНК преобразует этот код в белки для выполнения клеточных функций.
• Последовательность азотистых оснований (A, T, C, G) в ДНК — это то, что формирует признаки организма.
• Азотистые основания A и T (или U в РНК) всегда идут вместе, а C и G всегда идут вместе, образуя 5′-3′-фосфодиэфирную связь, обнаруженную в молекулах нуклеиновых кислот.

Ключевые термины

• нуклеотид : мономер, содержащий молекулы ДНК или РНК; состоит из азотистого гетероциклического основания, которое может быть пурином или пиримидином, пятиуглеродным пентозным сахаром и фосфатной группой
• геном : полная генетическая информация клетки, упакованная в виде двухцепочечной молекулы ДНК
• мономер : относительно небольшая молекула, которая может быть ковалентно связана с другими мономерами с образованием полимера.

нуклеиновых кислот: ДНК и РНК

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту. Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

ДНК против РНК — в чем основные различия и сходства?

В чем разница между ДНК и РНК? Эти молекулы являются важнейшими строительными блоками живых существ, поскольку они помогают сделать жизнь возможной.ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту, а РНК означает рибонуклеиновую кислоту. ДНК и РНК являются нуклеиновыми кислотами и несут генетическую информацию, но у них есть свои различия.

Давайте рассмотрим эти различия и сходства и выясним, почему они имеют решающее значение для жизни.

Сводная таблица различий ДНК и РНК

	ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)	РНК (рибонуклеиновая кислота)
Функция	Хранение и репликация генетической информации — план всех генетических признаков	Клеточные функции и инструкции по функциям ДНК синтез белка
Структура	Двойная спираль	РНК представляет собой одноцепочечную молекулу, но периодически образует структуру двойной спирали
Нуклеотидный состав	Каждый нуклеотид содержит фосфатную группу, 5-углеродный сахар и азотсодержащий сахар. основание (аденин, гуанин, цитозин, тимин)	Каждый нуклеотид содержит фосфатную группу, 5-углеродный сахар и азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, урацил)
Тип сахара	Сахар дезоксирибозы — это моносахарид, содержащий три гидроксильные группы (-OH —)	Сахар рибозы является моносахаридом содержащие четыре гидроксильные группы
Спаривание оснований	Цитозин — Гуанин Аденин — Тимин	Цитозин — Гуанин Аденин — Урацил
Длина	Для сравнения, ДНК намного длиннее, чем РНК.Одна цепь ДНК будет иметь длину около 2 м.	Молекулы РНК различаются по длине, но они намного короче ДНК
Местоположение	ДНК находится в ядре, а часть ДНК находится в митохондриях	РНК образуется в ядрышке и обнаруживается в цитоплазме клетки
Реакционная способность	ДНК очень стабильна благодаря сильным связям CH и тому факту, что она содержит на одну гидроксильную группу меньше. Эта стабильность полезна для молекулы, отвечающей за сохранение целостности генетического материала.	Из-за дополнительного кислорода (в гидроксильной группе) РНК более реактивна, чем ДНК.Поэтому он особенно нестабилен в щелочных условиях и подвержен ферментативной атаке. Это полезно для молекулы, которую необходимо постоянно производить, разлагать и перерабатывать.

DVA против РНК

В чем разница между ДНК и РНК?

Давайте теперь рассмотрим более подробно, чем РНК отличается от ДНК.

Функция

ДНК

похожа на флэш-накопитель или компьютерный чип со всей информацией, необходимой для выполнения клеточных процессов и производства белков.Он должен передать эту информацию всем создаваемым новым ячейкам, чтобы процессы выполнялись точно так же. Этот план важен для непрерывности жизни.

РНК

похожа на декодер, поскольку делает копию этого диска и передает инструкции остальной части ячейки. Это включает в себя серию сложных шагов с разными типами РНК, доставляющими разные процессы. Три основных типа РНК:

• Информационная РНК ( мРНК ) создает копию генетического кода в процессе транскрипции.Он переносит эту копию из ядра в рибосомы, где она транслируется в белки.
• РНК переноса ( тРНК ) представляет собой сложную молекулу, которая содержит аминокислоту, которая переносится в рибосомы в ответ на каждый конкретный кодированный участок мРНК.
• Рибосомная РНК ( рРНК ) представляет собой некодирующую РНК, которая составляет рибосомы, место синтеза белка.

Структура

Знаковая структура двойной спирали ДНК хорошо известна в массовой культуре.Структура РНК не так важна. Структура двойной спирали означает, что две нити, соединенные водородными связями между азотистыми основаниями, скручиваются вместе по схеме, которую мы все знаем из-за ее структуры и веса.

Этого не происходит с РНК, поскольку это одноцепочечный. Однако РНК может образовывать двухцепочечные структуры, по крайней мере, на мгновение. Например, в процессе трансляции есть момент, когда мРНК соединяется с тРНК. Эта короткая двухцепочечная цепь заставит РНК в этот момент свернуться.

Нуклеотидный состав

Нуклеотиды — это мономеры, из которых состоят полимеры ДНК и РНК. Нуклеотид состоит из трех основных компонентов:

• Моносахарид-простой сахар, который не может быть разложен на более простой сахар
• Фосфатная группа
• Одно из четырех азотистых оснований

Структурная разница между нуклеотидами заключается в двух случаях:

• Нуклеотид ДНК содержит сахар дезоксирибозы, тогда как РНК содержит сахарную рибозу в каждом нуклеотиде.
• Азотистыми основаниями в ДНК могут быть аденин, гуанин, цитозин и тимин. В отличие от ДНК, РНК содержит азотистое основание урацила вместо тимина.

Сорт сахара

Основы как ДНК, так и РНК представляют собой молекулу сахара и фосфатную группу. Что касается типа сахара, РНК содержит сахарную рибозу, тогда как ДНК содержит дезоксирибозу. Как следует из названия, «дезокси» означает, что, хотя РНК имеет две гидроксильные группы (-ОН), присоединенные к основной цепи, ДНК содержит только одну гидроксильную группу, поскольку к водороду не присоединен кислород, как в РНК.

Другими словами, как вы можете видеть на рисунке выше, сахар дезоксирибозы на один кислород меньше рибозы.

Почему эта разница важна? Дополнительный кислород в РНК придает ей большую гибкость, что является полезной характеристикой молекулы, преобразующей генетический код в белки. С другой стороны, дезоксирибозный сахар придает ДНК большую стабильность, что необходимо для молекулы, несущей чертежи, которые необходимо передавать от одного поколения к другому.

Базы и пары оснований

Как мы упоминали ранее, каждый нуклеотид состоит из фосфата и сахарного остова. По всей ДНК и РНК, этот остов имеет одинаковую структуру — дезоксирибоза и фосфат или рибоза и фосфат соответственно. Часть, которая отличает каждую нуклеотидную единицу, — это азотистое основание.

Азотистые основания состоят из углеродных и азотных колец. Количество колец в основании определяет, является ли оно пурином (два кольца) или пиримидином (одно кольцо).На рисунке ниже показаны структуры пуринов и пиримидинов. Наиболее очевидное различие между двумя группами — это их размер и структура.

Пурин всегда будет связываться с пиримидином посредством комплементарного спаривания оснований. Это удобно для обеспечения правильного расстояния между последовательными нуклеотидами в цепи ДНК или РНК.

пар оснований ДНК — это A :: T и G :: C. Поскольку РНК не содержит тимин, пары оснований — это A :: U и G :: C.

Одна из причин, по которой ДНК использует тимин вместо урацила, заключается в том, что тимин имеет лучшую устойчивость к фотохимической мутации, что является еще одним удобством для стабильности.Урацил также более устойчив к окислению, что необходимо в среде за пределами ядра, где он будет находить кислород. С другой стороны, тимин, чувствительный к кислороду, безопасно хранится внутри ядра.

Длина ДНК в сравнении с РНК

Молекула ДНК, составляющая одну хромосому, обычно состоит примерно из 200 миллионов пар нуклеотидов. Это соответствует длине около 2 дюймов (5,08 см).

Молекулы РНК, полученные в результате транскрипции, отделяются от родительской ДНК в виде короткой цепи.Поскольку они являются копиями только определенной области ДНК, молекулы РНК намного короче ДНК. Их длина не превышает нескольких нуклеотидов.

Расположение ДНК и РНК ДНК

удобно хранить внутри ядра в виде хромосом. Это также упрощает перенос. Помимо ядра, вы можете найти ДНК в энергетических установках клетки: митохондриях.

Есть три типа РНК, и они находятся в разных местах.Транскрибированная копия ДНК, мРНК, выходит из ядра в цитоплазму, где цитоскелет направляет ее вокруг клетки по мере необходимости. тРНК также представляет собой молекулу, которая перемещается по цитоплазме. Когда рибосома подает сигнал, она найдет свободные аминокислоты и задействует их для синтеза белка. Как упоминалось ранее, рРНК является частью рибосомы, органеллы, в которой происходит синтез белка.

Реакционная способность ДНК против РНК ДНК

является важной частью организмов, и поэтому она должна оставаться защищенной от изменений, таких как атаки или мутации.Белки защищают ДНК внутри ядра. Кроме того, молекула имеет несколько механизмов восстановления и устойчива в щелочных условиях.

С другой стороны, РНК более реактивна, чем ДНК. Кроме того, его однониточная структура делает его более уязвимым для атак ферментов.

ДНК

более уязвима к повреждению ультрафиолетовым излучением, чем РНК. Связь между УФ-излучением и раком кожи частично вызвана этой уязвимостью.

Сходства между ДНК и молекулами РНК

К этому моменту вы, вероятно, заметили несколько сходств между ДНК и РНК.Для начала мы можем легко заметить, что это оба типа нуклеиновых кислот, цепочечные молекулы, состоящие из почти идентичных единиц, называемых нуклеотидами. Отдельные нуклеотиды называются мономерами, а связанная вместе молекула называется полимером.

Вот список некоторых других сходств между этими молекулами:

• Оба они содержат четыре азотистых основания, три из которых присутствуют в обоих типах нуклеиновых кислот.
• Структура нуклеотидов очень похожа.Все они состоят из фосфатной группы, молекулы сахара и азотистого основания.
• И в ДНК, и в РНК мономеры связаны через фосфодиэфирные связи между 3 ’углеродным концом одной молекулы и 5’ углеродным концом следующей.
• В обоих случаях основа состоит из сахарно-фосфатной основы.

Расшифруйте свою ДНК с помощью Nebula Genomics

ДНК и РНК — это фантастические молекулы со специфическими характеристиками, которые делают их пригодными для их работы.Сложный дизайн ДНК делает ее уникальной и вызывает интерес не только в исследованиях, но и в судебной медицине, тестах на отцовство и коммерческих генетических тестах на признаки и болезни.

В Nebula Genomics мы знаем, как важно знать, что записано в вашей ДНК, для вашего здоровья и благополучия. Вот почему мы предлагаем оптимальные услуги, которые декодируют 100% вашей ДНК, чтобы предоставить вам полную картину вашего генома.

Если вы хотите узнать о своем происхождении, своей близкой семье, или хотите проверить, подвержены ли вы развитию определенного заболевания, или, возможно, хотите составить индивидуальную диету, наше 30-кратное секвенирование всего генома гарантирует полную информацию о вашем геноме.Так что вперед и закажите свой набор для тестирования ДНК сегодня!

Ищете дополнительные учебные материалы? Возможно, вас заинтересуют другие наши статьи, такие как эта, посвященная истории модели ДНК.

Под редакцией Кристины Сордс, PhD

Нуклеотиды, ДНК и РНК — Knowledge @ AMBOSS

Последнее обновление: 30 июня 2021 г.

Сводка

Генетическая информация организма хранится в форме нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты, ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), представляют собой длинные линейные полимеры, состоящие из строительных блоков нуклеотидов.Каждый нуклеотид состоит из сахара, фосфатного остатка и азотистых оснований (пурина или пиримидина). ДНК длиннее РНК и содержит всю генетическую информацию организма, закодированную в последовательностях оснований. Напротив, РНК содержит только часть информации и может выполнять совершенно разные функции в клетке.

ДНК структурно характеризуется двойной спиралью: двумя противоположными, комплементарными цепями нуклеиновых кислот, которые спирально вращаются друг вокруг друга.Основа ДНК с альтернативно связанными сахарными и фосфатными остатками находится снаружи. Основания расположены внутри спирали и образуют пары оснований аденин и тимин или гуанин и цитозин, которые связаны водородными связями.

Геном человека состоит из 3,2 x 10 ⁹ пары оснований, которые распределены по 23 парам хромосом. Каждая хромосома представляет собой линейную молекулу ДНК определенной длины. Хромосома хорошо визуализируется под световым микроскопом только во время метафазы митоза, так как на этом этапе она максимально конденсируется.Хромосомы присутствуют парами в большинстве клеток тела. Одна хромосома в каждой из 23 пар происходит от матери, а другая — от отца.

Обе взаимосвязанные хромосомы называются гомологичными, потому что каждая из них имеет вариант одного и того же гена. Изменения количества или структуры хромосом приводят к различным состояниям, например, нарушениям развития. Хромосомная оценка с использованием различных молекулярно-биологических и цитогенетических методов часто позволяет поставить четкий диагноз.

нуклеотидов

нуклеотидов

• Строение
• Связи
  • Нуклеозид: основание и сахар (рибоза или дезоксирибоза), связанные N-гликозидной связью
  • Нуклеотид: нуклеозидная и фосфатная группа, связанные 3′-5′-фосфодиэфирной связью

, состоящие из нуклео основа и сахар (дезоксирибоза). NucleoTides состоят из основания, дезоксирибозы и фосфата.

нуклеооснований

«Подлый человек затыкает ЧИСТУЮ кошку!» (Три аминокислоты, глицин, аспартат и глутамин, необходимы для синтеза PURine.)

«C-G стабилизирует ДНК, безумно хорошо!» (Связи C-G чрезвычайно стабильны.)

«PYRates захватит 1 подводное сокровище». (Основания PYRimidine: цитозин, тимин и урацил, состоят из 1 кольца.)
«PURe A Glass for 2». (Основания PURine представляют собой аденин и гуанин и состоят из 2 колец.)

Тимин содержит метильную группу и встречается только в ДНК; урацил содержится только в РНК.

Сахара нуклеиновых кислот

• Структура: сахар, содержащийся в нуклеиновых кислотах, представляет собой пентозу с пятиатомным кольцом.
  • ДНК дезоксирибоза
  • РНК — рибоза
• Пентозные связывающие
  • Основания через N-гликозидные связи
  • Фосфатный остаток через фосфодиэфирные связи

Фосфатная группа

• Нуклеотид может иметь одну, две или три фосфатные группы (также называемые «нуклеозидмонофосфат», «дифосфат» и «трифосфат» соответственно).
• Нуклеиновые кислоты состоят из монофосфатов нуклеозидов.
• Нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты (например, АТФ) обнаруживаются в биохимических процессах, требующих энергии.
  • Фосфоангидридные связи накапливают большое количество энергии, которая может быть использована в биохимических процессах при атаке 3′-гидроксила.
  • Нуклеотид, который добавляется к 5′-концу нуклеиновой кислоты, изначально имеет три фосфатные группы. Расщепление двух концевых фосфатных групп обеспечивает энергию, необходимую для фосфодиэфирных связей, которые составляют основу ДНК.

Функция нуклеотидов и их производных

Нуклеотидные и нуклеотидные производные выполняют важные функции в организме.

Энергоноситель АТФ содержит рибозу, а не дезоксирибозу, как сахар, и поэтому имеет 2′-группу ОН.

Обзор нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты

Сравнение ДНК и РНК

ДНК против РНК
	ДНК	РНК
Основания
Сахар																		организм От нескольких тысяч до нескольких миллионов нуклеотидов
Структура		Обычно одноцепочечные (кроме двухцепочечных миРНК и миРНК) Возможны различные трехмерные структуры; е.g., петли через образование коротких участков со спариванием оснований (двухцепочечные)
Функция	Несет наследственную информацию (вместе известную как геном) для построения и функционирования организма	Значительно варьируется в зависимости от класса, например, кодирующей, регуляторной или ферментативной функции (см. Таблицу «Классификация РНК» ниже)

Структура ДНК и геном человека

Обзор двухцепочечной ДНК

Организация генома человека

• Двухцепочечная цепь дезоксирибонуклеотидов в клетках
• Обе нити дополняют друг друга и проходят антипараллельно.

Двойная спираль

• Трехмерная структура ДНК, в которой две полинуклеотидные цепи переплетены, стабилизированная:
  • Конкретное спаривание оснований через водородные связи (H-связи) между комплементарными азотистыми основаниями ДНК
    • AT-связи состоят из 2-х H-связей
    • GC-связи состоят из 3-х H-связей, что приводит к более прочной связи (↑ в G и C в ДНК → ↑ температура плавления ДНК)
  • Гидрофобный эффект: отрицательно заряженный сахарно-фосфатный остов расположен снаружи спирали, а основания — внутри.
  • Укладка оснований: пары оснований накладываются друг на друга (взаимодействия стэкинга) и взаимодействуют посредством сил Ван-дер-Ваальса, которые имеют дополнительный стабилизирующий эффект.
• Двойная спираль имеет малую канавку и большую канавку.

Соответствие

• B-конформация (B-ДНК)
  • Наиболее распространенная
  • Правая двойная спираль
  • 10 пар оснований на виток спирали до длины 3,4 нм
  • Диаметр спирали: 2 нм
  • Базы ок.перпендикулярно оси спирали.
• Конформация А (А-ДНК)
  • Правосторонняя двойная спираль, хотя шире и короче, чем B-ДНК
  • Пары оснований не перпендикулярны оси спирали, а слегка наклонены к оси.
  • Дегидратированная форма, т.е. присутствует в экспериментальных условиях, а не in vivo.
• Конформация Z (Z-ДНК)
  • Левосторонняя двойная спираль
  • Растягивается дольше, чем В-ДНК, что приводит к меньшему диаметру
  • Встречается в GC-богатых последовательностях, хотя обычно они редко встречаются в физиологических условиях
  • Фосфатные группы основной цепи ДНК образуют зигзагообразный узор.

Пары оснований в ДНК: пары гуанина с цитозином (3 H-связи), адениновые пары с тимином (2 H-связи).

Суперспирали

• Описание: витая двойная спираль, также называемая «суперспираль»
• Встречаемость: особенно в кольцевых молекулах ДНК
• Функция: молекулы суперспиральной ДНК имеют более компактную структуру, чем расслабленная форма ДНК.

Палиндром

• Описание
  • Палиндром — это последовательность, которая читает одно и то же вперед и назад (например,г., глаз, уровень, сударыня).
  • Термин «палиндром» используется в молекулярной биологии для инвертированных повторов (повторяющаяся последовательность в противоположном направлении).
• Встречаемость
  • В палиндромных последовательностях последовательность пар оснований, встречающихся в определенном сегменте, читается одинаково на обеих комплементарных цепях ДНК, то есть последовательность всегда читается одинаково на обеих цепях в направлении 5 ‘→ 3’.
  • Основания могут присутствовать между палиндромными последовательностями, которые не являются комплементарными.
  • Эти сегменты дополняют друг друга и могут образовывать петлю шпильки.
  • Приводит к образованию крестообразной структуры в двухцепочечной ДНК
• Функция: некоторые белки, которые способны связывать ДНК, требуют палиндромных последовательностей в качестве последовательности распознавания, например рецепторы стероидных гормонов или рестрикционные ферменты.

Хроматин

• Определение: комплекс ДНК и связанных с ней белков (как гистонов, так и негистонов), структурированных как повторяющиеся единицы (нуклеосомы).
• Функции
  • Конденсация и организация ДНК (очень большой молекулы) позволяют хранить ее внутри ядра и важны для регуляции генов.
  • Ремоделирование хроматина
• Типы
  • Гетерохроматин
  • Эухроматин
    • Содержит активную ДНК, потому что менее сконденсированная стерическая конформация делает ДНК доступной для транскрипции
    • Легче на EM

Гетерохроматин крепко сцеплен, а эухроматин прост в использовании.

Гистоны

Метилирование гистонов Приглушает транскрипцию. Ацетилирование гистонов Активирует транскрипцию.

Нуклеосома (коровая частица нуклеосомы)

• Определение: структурно-функциональный комплекс ДНК (~ 150 п.н.) и октамера гистонов, придающий хроматину его вид «бусинки на нитке».
• Структура
  • ДНК обвивается вокруг ядра нуклеосомы с ∼ 1,8 витками
  • Нуклеосомы связаны друг с другом через линкерную ДНК (короткий сегмент ДНК переменной длины).
• Волокно хроматина 30 нм (соленоид)
  • Нить нуклеосомы, спирально связанная с волокнами диаметром 30 нм.
  • Каждый виток 30-нм волокна содержит около 6 нуклеосом.
• Хроматиновая петля
  • Конденсированная форма ДНК за пределами нуклеосомы и 30 нм волокон
  • Гистон h2 и негистоны участвуют в образовании петель.

Хромосомы

Дополнительные сведения см. В разделе «Основы генетики человека».

Геном человека

Ядерный геном

• ∼ 10% содержит гены и родственные последовательности
• ∼ 90% не содержит генов
  • Функция ∼ 50% последовательностей ДНК неизвестна.
  • ~ 45% состоит из повторяющихся последовательностей (повторяющихся генетических элементов).
    • Простые повторяющиеся элементы ДНК (тандемные повторы)
    • Ранее мобильные генетические элементы (такие как транспозоны, LTR, не-LTR, LINE, SINE)
  • Около 24% генома занято интронами.

Митохондриальный геном (митохондриальная ДНК, мтДНК)

РНК: структура и характеристики

Классы РНК и их структура

РНК можно разделить на различные типы, которые различаются своей длиной, структурой и функцией.В зависимости от типа РНК может быть одноцепочечным или двухцепочечным сегментом.

, и 28S рРНК

• 18S рРНК: компонент малой субъединицы рибосом (40S)
• 5S, 5,8S и 28SrRNA

snoRNA (малая ядрышковая РНК)

Классификация РНК
	Функция	Структура
мРНК (информационная РНК)		Очень вариабельная структура и длина нуклеотида мРНК из-за нуклеотидной последовательности и длины мРНК последовательность соответствующего сегмента ДНК У эукариот исходный транскрипт ДНК известен как гетерогенная ядерная РНК (hnRNA). пре-мРНК: hnRNA, которая претерпевает посттранскрипционные модификации, чтобы стать мРНК
тРНК (транспортная РНК)
рРНК (рибосомная РНК 5,8000,
snRNA (малая ядерная РНК)
РНК-компонент частиц распознавания сигнала (scRNA; малая цитоплазматическая РНК)	7S РНК, в дополнение к шести белковым компонентам частиц распознавания сигнала (SRP) , который отвечает за транспорт вновь образованных белков рибосомы во внутриклеточные компартменты цитоплазмы 90 006	Состоит из 300 нуклеотидов Сложная структура с множеством двойных спиральных сегментов
Компонент теломеразной РНК (человеческая теломеразная РНК, hTR)
miRNA (microRNA)	регуляторный класс находится в клетках в виде шпилечных структур Закодировано в интронах Регулирует экспрессию генов	Состоит из ∼ 20–30 нуклеотидов Образуется из молекул-предшественников с 5′-кэпом и поли (A) хвостом, но затем расщепляется на более мелкие олигонуклеотиды
миРНК (малая интерферирующая РНК)	Класс регуляторных некодирующих РНК, которые наиболее обычно возникают из экзогенных источников дцРНК (например,г., вирусы) Регулирует экспрессию генов посредством высокоспецифичного спаривания нуклеотидов → ↑ деградация мРНК → ↓ трансляция мРНК Экспериментальное использование: «нокдаун» гена	Состоит из ∼ 20–30 нуклеотидов Образуется из двухцепочечных молекул-предшественников по такому же механизму, что и для miRNA

Чтобы запомнить особенности двух ветвей тРНК, подумайте: «Дигидроуридин и обнаружение» для D-ветви и «привязка тРНК» для Т-образной ветви.

«CCA может улавливать аминокислоты» (функция последовательности 5′-CCA-3 ‘в тРНК).

Типы и структура нуклеиновых кислот

Типы нуклеиновых кислот

Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Оба играют центральную роль во всех функциях каждого живого организма. Нуклеиновые кислоты имеют сходные основные структуры с важными различиями. Они состоят из мономерных нуклеотидов, соединенных как звенья цепи с образованием полимеров нуклеиновых кислот.Нуклеотиды состоят из нуклеозида (комбинация молекулы пентозного моносахарида и азотистого основания) и фосфатной группы. Разница между РНК и ДНК заключается в одном азотистом основании и одном атоме кислорода в молекуле сахара.

ДНК

ДНК — это генетический план живого организма, в котором хранится вся информация и от которого может передаваться вся информация. Он имеет характерную форму двойной спирали — две одинарные нити, которые переплетаются друг с другом.Нить ДНК намного длиннее одной цепи РНК. Это потому, что каждая нить ДНК в каждой клетке содержит план всего организма. Дезоксирибонуклеиновая кислота находится в основном в ядре. Однако ДНК в гораздо более короткой версии также может быть обнаружена в митохондриях (мтДНК), где она поставляет гены, необходимые для производства аденозинтрифосфата, наиболее важного источника клеточной энергии.

Любая клетка, имеющая ядро, содержит нуклеиновую кислоту в форме ДНК.Есть разные исключения из правил. Некоторые клетки теряют свое ядро ​​и ДНК в процессе старения, например, зрелые эритроциты, корнеоциты и кератиноциты. Иногда упоминается, что тромбоциты крови не содержат ни ядра, ни ДНК; однако тромбоциты являются фрагментами мегакариоцитов и не считаются настоящими клетками. Одноклеточные организмы (прокариоты), такие как бактерии, не имеют ядра, но содержат свободные нити ДНК в цитоплазме, как показано ниже.

Структура нуклеиновой кислоты ДНК

Структура ДНК, всемирно признанная двойная спираль, основана на двух цепях сахарно-фосфатного остова, удерживаемых вместе веретенами азотистых оснований.ДНК содержит четыре азотистых основания или азотистых оснований: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Это встречающиеся в природе соединения, которые дают каждому нуклеотиду свое название, и делятся на две группы — пиримидины и пурины. В то время как пиримидины цитозин, тимин и урацил (см. РНК) представляют собой небольшие конструкции с одним кольцом, аденин и гуанин имеют более крупные размеры и двойные кольца. Это различие в форме и размере, а также последующее различие в электрическом заряде важно, поскольку оно допускает только определенные дополнительные пары между разными типами групп; в ДНК аденин будет связываться только с тимином, а цитозин будет связываться только с гуанином.Это создает азотистые основные шпиндели одинаковой длины и зеркальное отображение на противоположной нити.

Форма двойной спирали ДНК обусловлена ​​формой мономерных нуклеотидов. Когда асимметричные молекулы накладываются одна на другую, часто получается спираль. В ДНК каждая нить проходит антипараллельно другой или в противоположных направлениях.

Нуклеотидный мономер, который составляет одно звено полимерной цепи ДНК, образован из азотистого основания, фосфатной группы и пятиуглеродного (пентозного) сахара, называемого 2-дезоксирибозой.«Дезокси» относится к потере атома кислорода по отношению к другой форме пентозного сахара, известной как рибоза (см. РНК). Этот недостаток атома кислорода также играет роль в спиральной структуре ДНК. На следующем изображении показано различие в химической структуре этих двух пентозных сахаров. Обратите внимание на отсутствие красной молекулы кислорода на втором углероде дезоксирибозы слева.

Дезоксирибоза ковалентно связывается с фосфатной группой. В результате образуется цепь, известная как сахарно-фосфатный остов.Эта структура оставляет каждое нуклеотидное основание открытым и свободным для связывания с правильным нуклеотидным основанием на противоположной цепи.

РНК

РНК встречается в каждом типе клеток. Это важно для производства белков посредством репликации генетической информации. Используя схему ДНК, РНК в различных формах копирует и передает закодированные генетические данные клеточным рибосомам. В свою очередь, рибосомы переводят эти данные в форму белков. РНК не связана с двойной спиральной структурой ДНК.Однако он способен формировать эту структуру в течение временного периода и существует в виде отдельных нитей различной длины. Даже в безъядерных эритроцитах РНК продолжает выполнять процесс транскрипции. Это потому, что биосинтез белка необходим для каждой реакции в живом организме.

Типы РНК

РНК имеет четыре основные формы, названные в соответствии с ее конкретной ролью. Они известны как информационная РНК (мРНК), транспортная РНК (тРНК), рибосомная РНК (рРНК) и некодирующая РНК (нкРНК).Три из них — мРНК, тРНК и рРНК — отвечают за производство белков из отдельных аминокислот в соответствии с планом ДНК. Некодирующая РНК — это широкая группа рибонуклеиновых кислот, которые не продуцируют белки с помощью кодов ДНК. Исследования этой группы все еще находятся в зачаточном состоянии, и многие типы относятся к категории, известной как «мусорная» РНК. Однако большое количество определенных типов РНК может указывать на функции в таких областях, как структура хромосом, гомеостаз и физиология клетки.

Нуклеиновая кислота Структура РНК

По структуре РНК очень похожа на ДНК. Основные отличия: отсутствие структуры двойной спирали, рибоза вместо дезоксирибозы и урацил вместо тимина.

РНК в основном встречается в однонитевых или свернутых формах. Он имеет тенденцию образовывать двойную спираль только на временной основе. Пентозный сахар в форме рибозы, который составляет часть сахарно-фосфатной основы РНК, имеет дополнительный атом кислорода на втором атоме углерода, который образует гидроксильную группу.Урацил — азотистое основание — специфическое для РНК — заменяет тимин, обнаруженный в ДНК. Изображение ниже ясно показывает эти структурные и элементарные различия.

Структура нуклеиновой кислоты

Нуклеиновые кислоты могут образовывать огромные полимеры, которые могут принимать разные формы. Таким образом, существует несколько способов обсуждения структуры нуклеиновой кислоты. «Структура нуклеиновой кислоты» может означать что-то столь же простое, как последовательность нуклеотидов в фрагменте ДНК. Или это может означать что-то столь же сложное, как то, как складывается молекула ДНК и как она взаимодействует с другими молекулами.

Вот немного о каждом уровне структуры нуклеиновой кислоты:

Первичная структура

Нуклеотиды — строительные блоки нуклеиновых кислот и «буквы» генетического «кода» — состоят из двух компонентов:

• A азотистое основание, такое как аденин, цитозин, гуанин и тимин или урацил. Каждая ДНК и РНК имеют четыре возможных азотистых основания; где ДНК использует тимин или «Т», РНК использует урацил или «U» вместо тимина.
  
  Каждое из этих четырех оснований имеет разные свойства склеивания, гарантируя, что ячейка не «перепутает» одну букву с другой.Тимин и урацил имеют почти идентичные структуры и свойства, что позволяет им выполнять схожие роли в двух разных типах нуклеиновых кислот.
• Сахарно-фосфатная основа, которая позволяет связать азотистые основания вместе. Сахар каждого нуклеотида может связываться с фосфатом другого нуклеотида, чтобы стать единой молекулой. Когда много нуклеотидов связаны друг с другом, угол этой фосфатно-сахарной связи чаще всего превращает нить в спираль. Вот почему ДНК, которая является двухцепочечной, естественным образом принимает форму двойной спирали.Первичная структура нуклеиновой кислоты относится к последовательности ее нуклеотидных оснований и способу их ковалентной связи друг с другом. Таким образом, последовательность «букв» в цепи ДНК или РНК является частью ее первичной структуры, так же как и спиральная или двойная спиральная форма.
  

Вторичная структура

Вторичная структура относится к тому, как нуклеотидные основания связываются водородом друг с другом и какую форму это создает из их двух цепей.

Водородные связи, которые образуются между комплементарными основаниями двух цепей нуклеиновой кислоты, сильно отличаются от ковалентной связи, которая образуется между сестринскими мономерами в цепи нуклеиновой кислоты.

Связи между основаниями в одной цепи нуклеиновой кислоты ковалентны — они полностью разделяют свои электроны и связаны таким образом, что их очень трудно разорвать. Все атомы, связанные ковалентными связями, являются частью одной молекулы.

Водородные связи, с другой стороны, представляют собой слабые связи, которые возникают в результате слабого временного притяжения между положительно заряженными ядрами водорода и электронами других атомов. На самом деле молекулы не имеют общих электронов, поэтому их довольно легко разделить.Изменения факторов окружающей среды, таких как кислотность, также могут нарушить водородные связи.

Наиболее распространенная вторичная структура, с которой мы знакомы, — это двойная спираль, которая образуется, когда две дополнительные цепи водородной связи ДНК соединяются друг с другом. Возможны и другие структуры, такие как «стебель-петля», которая возникает, когда одна молекула РНК складывается и образует водородные связи с собой, или четырехрукавная структура, которая может возникать, когда четыре разные цепи водородной связи нуклеиновой кислоты с разными части друг друга.

Считается, что некоторые из этих возможностей вторичной структуры используются, чтобы помочь контролировать экспрессию генов и выполнять другие биологические функции. Обычно ферменты транскрипции экспрессируют только те гены, к которым они имеют доступ. Если ген или фрагмент РНК «завязан» клубком нуклеиновых кислот, вероятность того, что ферменты дойдут до него, будет меньше. С другой стороны, гены в более открытых, простых вторичных структурах могут экспрессироваться с большей вероятностью.

Третичная структура

Третичная структура относится к положению атомов нуклеиновой кислоты в пространстве.Говоря о третичной структуре нуклеиновой кислоты, мы обсуждаем несколько общих измерений, в том числе:

• «Ручная работа»
  
  Асимметричные молекулы очень похожи на наши руки. Например, каждая из наших рук имеет одинаковую форму — одни и те же компоненты соединены между собой одинаковым образом. Но наши руки явно не взаимозаменяемы. Это потому, что большой палец одной руки находится с правой стороны, а большой палец другой — с левой. Наши руки не являются идентичными взаимозаменяемыми структурами, а являются зеркальным отображением друг друга.
  
  Точно так же асимметричные молекулы с одинаковыми частями и связями могут быть идентичными или могут быть зеркальным отображением друг друга. Некоторые молекулы являются «правыми», а другие — «левыми» их зеркальными отображениями.
  
  Когда дело доходит до биологических молекул, «управляемость» может иметь решающее значение для определения воздействия, которое химическое вещество оказывает на организм. Для некоторых лекарств и ядов только один стереоизомер взаимодействует с ферментами нашего организма. Одна молекула может не иметь на нас никакого воздействия, а ее зеркальное отображение может быть полезным или смертельным.
• Длина витка спирали.

  Хотя любая асимметричная молекула может иметь стереоизомер, как вы могли догадаться, «длина витка спирали» довольно уникальна для нуклеиновых кислот.

  
  
  Угол связей между нуклеотидами заставляет большинство нуклеиновых кислот образовывать спиральную форму. Но небольшие различия в форме спирали могут вызвать различия в том, как спираль взаимодействует с нашими ферментами и другими молекулами. Так что детали этой спиральной формы могут быть важны!
• Количество пар оснований на оборот.

  Это еще одна мера точной формы и свойств спирали нуклеиновой кислоты. Это может иметь химическое и биологическое значение, поскольку определяет, какие ферменты и молекулы могут влиять на ДНК или РНК.

• Разница в размерах между большими и малыми канавками.

  В двойной спирали нуклеиновой кислоты «большая бороздка» — это более широкий путь, который открывается между двумя цепями нуклеиновой кислоты. «Малая бороздка» — более узкая. В некоторых случаях эти бороздки могут служить сайтами связывания для других молекул.

  
  
  Размер основной и малой канавок может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включая химическое окружение двойной спирали. Все, что влияет на прочность водородных связей, может повлиять на размер больших и малых канавок.

Четвертичная структура

Четвертичная структура относится к большим формам и структурам, которые могут быть образованы нуклеиновыми кислотами. Подобно аминокислотам и белкам, нуклеиновые кислоты могут образовывать большие структуры. Форма этих структур может иметь важное значение для их функций.

Примеры четвертичных структур нуклеиновых кислот включают хроматиды — огромные молекулы ДНК, которые плотно упакованы для хранения и транспортировки во время деления клеток — и рибосомы, которые представляют собой органеллы, частично состоящие из РНК.

Некоторые рибозимы также частично выполняют свою работу за счет использования четвертичной структуры. Это позволяет им взаимодействовать со своими субстратами. Так же, как ферменты, состоящие из белка, рибозимы должны точно соответствовать своему субстрату, чтобы катализировать его химические реакции.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — Определение и примеры

Определение дезоксирибонуклеиновой кислоты
n., Diˈɒksɪraɪboʊnjuːkliːɪk ˈæsɪd
Нуклеиновая кислота, которая обычно является двухцепочечной и спиральной; биомолекула, содержащая генетическую информацию для роста, деления и функции клеток

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) Определение

Нуклеиновая кислота относится к любой группе комплексных соединений, состоящих из линейных цепей мономерных нуклеотидов. Каждый нуклеотидный компонент, в свою очередь, состоит из фосфатной группы, сахара и азотистого основания.Нуклеиновые кислоты участвуют в сохранении, репликации и выражении наследственной информации. Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Дезоксирибонуклеиновая кислота (биологическое определение): Спиральная двухцепочечная нуклеиновая кислота, которая имеет решающее значение для хранения генетической информации, необходимой для роста, деления и функционирования клеток. Сокращение: ДНК. Вариант: дезоксирибонуклеиновая кислота. Синонимы: нуклеиновая кислота дезоксирибозы; дезоксирибозная нуклеиновая кислота.

История и терминология

Швейцарский врач и биолог, Фридрих Мишер 1844–1895, был первым, кто выделил ДНК из гноя от выброшенных повязок. Новая тогда биологическая молекула не была ни белком, ни углеводом, ни липидом из ядер белых кровяных телец. Он назвал соединение нуклеин , откуда ему удалось его выделить. (Ссылка 1) Кислотные свойства соединения были обнаружены немецким химиком Альбрехтом Косселем 1853–1927.Также известно, что он первым идентифицировал азотистые основания: аденин , цитозин , гуанин , тимин и урацил . Позже нуклеин был заменен нуклеиновой кислотой ; термин был введен в употребление в 1889 году немецким патологом Ричардом Альтманном 1852–1900. (Ссылка 2) Нуклеин, открытый Мишером, позже был идентифицирован как ДНК. Модель двойной спирали ДНК была приписана совместным усилиям молекулярных биологов Джеймс Уотсон (американец) и Фрэнсис Крик (британец) в 1953 году.Их модель двойной спирали ДНК была основана в основном на информации о парных основаниях нуклеиновых кислот и на рентгеновском дифракционном изображении (обозначенном как Photo 51 ), сделанном Розалиндой Франклин (1920–1958) и Раймондом Гослингом (1952 г.). Также был известен Фрэнсис Крик. за изложение центральной догмы молекулярной биологии . Его центральная догма описывает взаимосвязь между нуклеиновыми кислотами, ДНК и РНК, и белками. С его помощью Крик показал, как информация будет необратимо передана от нуклеиновых кислот к белкам.Кроме того, он и его коллеги предположили, что генетический код читается согласно кодонам, где каждый кодон состоит из трех азотистых оснований. Американский биохимик индийского происхождения Хар Гобинд Хорана 1922–2011, американский биохимик Роберт Уильям Холли 1922–1993 и еврейский американский биохимик и генетик Маршал Уоррен Ниренберг 1927–2010 смогли расшифровать генетический код и его значение для белка синтез. (Ссылка 3 ) В 1944 году эксперимент Освальда Эйвери, Колина Маклауда и Маклина Маккарти помог установить ДНК в качестве генетического материала, который в то время считался белком.

Структура ДНК

ДНК представляет собой полинуклеотид; он состоит из нескольких мономерных единиц нуклеотидов, ковалентно связанных 3 ‘, 5′ фосфодиэфирными связями. Это означает, что 5′-фосфорная группа одного нуклеотида этерифицируется 3’-гидроксилом соседнего нуклеотида. Каждый нуклеотид, в свою очередь, состоит из фосфатной группы , дезоксирибозного сахара (5-углеродный) и азотистого основания .Азотистое основание или азотистое основание может быть цитозином (C), гуанином (G), аденином ( A) , или тимином (T). Две цепи, составляющие ДНК, образуют спиральную структуру . В основе нуклеотидных оснований комплементарно пары. Правила спаривания оснований следующие: аденин соединяется с тимином, тогда как цитозин соединяется с гуанином. Связь, которая соединяет два азотистых основания, — это водородная связь .Две нити антипараллельны , что означает, что они идут в противоположных направлениях друг к другу.

Молекула ДНК

имеет две области: кодирующую область и некодирующую область . Некодирующая область, как следует из названия, — это участок ДНК, который не кодирует белок. В эукариотической клетке ДНК организована в хромосому внутри ядра. ДНК внутри ядра уплотнена белками хроматина , (например, гистонов ). Некоторые из ДНК хранятся в митохондриях (называемых митохондриальной ДНК , мтДНК) и хлоропластах (называемых хлоропластных ДНК , хпДНК). В прокариотической клетке ДНК находятся в особой области цитоплазмы, называемой нуклеоидом .

Принципиальная схема структуры ДНК. Предоставлено: Zephyris, CC BY-SA 3.0

Рекомендовано: Лаборатория по связыванию ДНК. Биология цифрового мира. https: // digitalworldbiology.com / collection / dna-binding-lab. Используйте этот набор структур, чтобы увидеть, как молекулы взаимодействуют с ДНК.

ДНК против РНК

ДНК — это двухцепочечная нуклеиновая кислота, содержащая генетическую информацию живого существа. Это важно для роста клеток, деления и функционирования организма. РНК , как правило, представляет собой одноцепочечную нуклеиновую кислоту. В таблице ниже приведены основные различия между ДНК и РНК.

ДНК	РНК
Структура: ДНК состоит из двух цепей, которые скручиваются вместе, образуя спираль, образуя лестничную структуру.Каждая нить состоит из чередующихся фосфатов (PO4) и пентозного сахара (2-дезоксирибозы), а к сахару присоединено азотистое основание, которым может быть аденин, тимин, гуанин или цитозин. В ДНК аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином. Не все ДНК двухцепочечные. Например, группа вирусов имеет геном одноцепочечной ДНК.	Структура: РНК состоит из длинной линейной цепи нуклеотидов. Каждая нуклеотидная единица состоит из сахара, фосфатной группы и азотистого основания.Он отличается от ДНК тем, что содержит рибозу в качестве сахара (дезоксирибоза в ДНК), а его основаниями являются аденин, гуанин, цитозин и урацил. В РНК аденин соединяется с урацилом, а гуанин — с цитозином. РНК одноцепочечные, за исключением некоторых вирусов, геном которых состоит из двухцепочечной РНК.
Расположение: У эукариот большая часть ДНК расположена в ядрышках и хромосомах в ядре. Небольшая часть общей ДНК присутствует в митохондриях, хлоропластах и ​​цитоплазме.У прокариот и вирусов ДНК находится в цитоплазме.	Расположение: У эукариот РНК находится в ядре и цитоплазме. У прокариот и вирусов он находится в цитоплазме.
Функция: ДНК представляет собой длинный полимер нуклеотидов, кодирующих последовательность аминокислот во время синтеза белка. ДНК несет в себе генетический «план», поскольку она содержит инструкции или информацию (называемые генами), необходимые для создания клеточных компонентов, таких как белки и РНК.	Функция: В некоторых вирусах РНК является генетическим материалом. Для большинства организмов РНК участвуют в синтезе белка , (например, мРНК, тРНК, рРНК и т. Д.), Посттранскрипционной модификации , репликации ДНК или , (например, мяРНК, мяРНК и т. Д.) И гена . регуляция (например, miRNA, siRNA, tasiRNA и т. д.).

Прокариотическая ДНК против эукариотической ДНК Одно из возможных объяснений того, почему ДНК содержит тимин вместо урацила, связано с превращением цитозина в урацил спонтанным дезаминированием .Цитозин может превращаться в урацил, когда теряет свою аминогруппу. Это дезаминирование цитозина — обычное явление. Тем не менее, ошибка исправляется встроенными системами репарации ДНК. Если не исправить, это может привести к точечной мутации . Если урацил присутствует в ДНК, системы репарации могут быть не в состоянии отличить исходный урацил от цитозин-превращенного урацила и, следовательно, могут не различать, какой урацил корректировать. Наличие метильной группы в тимине (которая отсутствует в урациле) помогает предотвратить это, тем самым сохраняя целостность и стабильность генетического кода.

Прокариотическая ДНК	Эукариотическая (ядерная) ДНК
Структура: Часто круглая и голая , что означает, что она не связана с белками. Компактные геномы с небольшим количеством повторяющейся ДНК, но без интронов	Структура: Связан с белками (например, гистонами) и, следовательно, образует хроматин. Геномы с множеством некодирующих и повторяющихся последовательностей ДНК (включая интроны)
Расположение: Обнаружен в цитоплазматической области, называемой нуклеоидом	Расположение: Находится внутри ядра
Плазмида: С внехромосомными плазмидами	Плазмида: Без плазмид

Ядерная ДНК vs.Экстрануклеарная ДНК

ДНК вне ядра обозначается как экстраядерная ДНК . Примерами внеядерных ДНК являются митохондриальная ДНК (мтДНК) и хлоропластная ДНК (хпДНК). Присутствие нуклеиновых кислот в этих органеллах позволяет им становиться полуавтономными, самовоспроизводящимися органеллами. Эти органеллы имеют свою собственную генетическую систему, которая обеспечивает репликацию ДНК и синтез белка, хотя некоторые белки для репликации и синтеза белка по-прежнему кодируются ядерной ДНК.Помимо репликации и синтеза белков, мтДНК и хпДНК кодируют белки, важные для их функций. Например, гены митохондриального генома кодируют белки в цепи переноса электронов. Гены в геноме хлоропластов кодируют белки, используемые в фотосинтезе. В отличие от ядерной ДНК, как хпДНК, так и мтДНК встречаются в нескольких копиях, поскольку существует несколько хлоропластов и митохондрий, в то время как внутри клетки обычно находится только одно ядро. Следовательно, клетка может содержать несколько копий мтДНК и хпДНК, часто тысячи.Ядерная ДНК уплотняется в структуры хроматина через гистоны, тогда как мтДНК и хпДНК — нет. Многие ученые считают, что мтДНК и хпДНК — это генетический материал, который произошел от древних эндосимбионтов. Эндосимбиотическая теория предполагает, что митохондрии и хлоропласты возникли в результате раннего эндосимбиоза между прокариотическими эндосимбионтами и эукариотическими клетками-хозяевами. В основе лежит генетический материал, содержащийся в этих органеллах, которые напоминают прокариотические ДНК, т.е. являются кольцевыми и лишены гистонов.

Внеядерная ДНК, по-видимому, не соответствует менделевскому паттерну наследования . мтДНК и хпДНК считаются наследуемыми по материнской линии. У людей мтДНК используется в судебной медицине и генеалогии для отслеживания женской линии предков человека. Это основано на представлении о том, что при оплодотворении головка сперматозоидов сливается с яйцеклеткой, так что их ядерная ДНК может образовывать союз. Что касается мтДНК, единственным источником будет яйцеклетка, поскольку митохондриальный геном сперматозоида в конечном итоге распадется вместе с его жгутиком и другими цитоплазматическими структурами во время оплодотворения.

Общие биологические реакции

Репликация ДНК

Репликация ДНК — это процесс, при котором исходные (родительские) цепи ДНК в двойной спирали разделяются и копируются с образованием новой (дочерней) молекулы ДНК. Этот процесс называется полуконсервативным. Это потому, что новая молекула ДНК будет состоять из одной из родительских цепей (таким образом, «законсервированной»). По сути, каждая из родительских цепей молекулы ДНК будет реплицироваться путем спаривания оснований. Пуриновое азотистое основание (т.е. аденин и гуанин) будет соединен с пиримидиновым нуклеотидным основанием (то есть цитозином и тимином). В частности, аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином. Репликация ДНК необходима для деления клеток. На ранних стадиях митоза (профаза) и мейоза (профаза I) ДНК реплицируется. В митозе процесс завершится образованием двух клеток, содержащих идентичные копии ДНК. Репликация ДНК также может быть проведена искусственно с помощью лабораторного метода, называемого полимеразной цепной реакцией.Он может амплифицировать целевой фрагмент ДНК из генома.

Схематическая диаграмма репликации ДНК

Транскрипция (для трансляции)

ДНК несет генетическую информацию, которая кодирует определенный белок. Таким образом, во время трансляции белка генетический код белка сначала копируется в РНК (в частности, мРНК). Этот процесс создания копии ДНК в мРНК с помощью фермента РНК-полимеразы называется транскрипцией .Хотя РНК-полимераза пересекает цепь ДНК-матрицы от 3 ‘→ 5’, кодирующая (не матричная) цепь обычно используется в качестве контрольной точки. Следовательно, процесс идет в направлении 5 ‘→ 3’, как при репликации ДНК. Однако, в отличие от репликации ДНК, транскрипция не требует праймера для запуска и использует спаривание оснований для создания копии РНК, содержащей урацил вместо тимина.

У прокариот транскрипция происходит в цитоплазме, тогда как у эукариот она происходит в основном в ядре до того, как мРНК транспортируется в цитоплазму для трансляции или для синтеза белка.

Схематическая диаграмма транскрипции

Распад

При распаде нуклеиновых кислот, таких как ДНК, образуются пурины, пиримидины, фосфорная кислота и пентоза, либо D-рибоза, либо D-дезоксирибоза.

Механизмы репарации ДНК

Некоторые мутации или ошибки, возникающие в ДНК, исправляются двумя основными механизмами: (1) прямым обращением химического процесса, вызвавшего повреждение, и (2) заменой поврежденных азотистых оснований.В механизме прямой репарации репарации ДНК матрица не требуется, и изменение заменяется по мере восстановления исходного нуклеотида. При репарации ДНК путем вырезания требуется матрица. Ремонт осуществляется путем вырезания и замены поврежденной ДНК новыми нуклеотидами. Эксцизионная репарация бывает трех форм: (1) эксцизионная репарация оснований (когда одно нуклеотидное изменение распознается и впоследствии удаляется гликозилазами), (2) эксцизионная репарация нуклеотидов (когда множественные изменения оснований распознаются и затем расщепляются эндонуклеазами), и (3) исправление несоответствия (когда несовпадающие основания позже распознаются и в конечном итоге исправляются путем исключения ошибки).(Ссылка 4)

Прочтите: Механизмы восстановления рекомбинации ДНК

Биологическое значение

ДНК содержит генетическую информацию многих организмов. Эта биомолекула считается наиболее важной биомолекулой, поскольку она участвует во всех клеточных функциях и наследственности. Мутация ДНК — жизненно важный источник изменчивости между видами. Хотя не все мутации могут привести к значительным изменениям в экспрессии генетического кода, некоторые из этих мутаций могут привести к улучшению вида, позволяя организму приобретать новые характеристики, которые могут помочь ему лучше адаптироваться или выжить в окружающей среде.Однако есть также определенные мутации в генетическом коде, которые являются патологическими, что означает, что они могут привести к нарушению функции белка и привести к метаболическим нарушениям и физическим уродствам. Многие из таких нарушений связаны с предположительно функциональным белком, который, по-видимому, стал недостаточно продуцированным или стал дисфункциональным из-за мутации в кодирующем его гене (ах).

ДНК, составляющая геном организма, может передаваться последующим поколениям либо частично (через половое размножение), либо целиком (как в случае партеногенеза, клонирования или других способов бесполого размножения).Таким образом, помимо наследования полезных свойств, потомство может также унаследовать определенные расстройства и заболевания от своих родителей.

Рекомендовано: Bio-ITEST Genetic Research. Биология цифрового мира. https://digitalworldbiology.com/bio-itest-genetic-research‌. (Серия из девяти уроков плюс дополнительная влажная лаборатория)

Прочтите:

Ссылки:

1. «нуклеиновая кислота». (2014). Получено с https://www.nature.com/scitable/definition/nucleic-acid-274-Link
2. Gribbin, J.(2002). Ученые: история науки, рассказанная через жизни ее величайших изобретателей . Нью-Йорк: Рэндом Хаус. п. 546. ISBN 0812967887.
3. Нобелевская премия по физиологии и медицине 1968 г. (2019). Получено с https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1968/summary/
4. Gonzaga, M. V. (2018, 22 июля). Как клетка исправляет повреждение ДНК — Биологический блог и онлайн-словарь. (2018, 22 июля). Получено с https://www.biologyonline.com/cell-fixes-dna-damage/

. Следующий

Различия между ДНК и РНК

ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту, а РНК — рибонуклеиновую кислоту.Хотя ДНК и РНК несут генетическую информацию, между ними существует немало различий. Это сравнение различий между ДНК и РНК, включая краткое изложение и подробную таблицу различий.

Сводка различий между ДНК и РНК

1. ДНК содержит сахарную дезоксирибозу, а РНК содержит сахарную рибозу. Единственное различие между рибозой и дезоксирибозой состоит в том, что рибоза имеет на одну группу -ОН больше, чем дезоксирибоза, у которой -H присоединен ко второму (2 ‘) атому углерода в кольце.
2. ДНК — это двухцепочечная молекула, а РНК — одноцепочечная молекула.
ДНК
3. стабильна в щелочных условиях, в то время как РНК нестабильна.
ДНК и РНК
4. выполняют у человека разные функции. ДНК отвечает за хранение и передачу генетической информации, в то время как РНК непосредственно кодирует аминокислоты и действует как посредник между ДНК и рибосомами для создания белков.
Спаривание оснований
5. ДНК и РНК немного отличается, поскольку ДНК использует основания аденин, тимин, цитозин и гуанин; РНК использует аденин, урацил, цитозин и гуанин.Урацил отличается от тимина тем, что в его кольце отсутствует метильная группа.

Сравнение ДНК и РНК

Хотя и ДНК, и РНК используются для хранения генетической информации, между ними есть явные различия. В этой таблице приведены основные моменты:

Основные различия между ДНК и РНК
Сравнение	ДНК	РНК
Имя	Дезоксирибонуклеиновая кислота	Рибонуклеиновая кислота
Функция	Долгосрочное хранение генетической информации; передача генетической информации для создания других клеток и новых организмов.	Используется для передачи генетического кода из ядра в рибосомы для создания белков. РНК используется для передачи генетической информации в некоторых организмах и, возможно, была молекулой, используемой для хранения генетических чертежей у примитивных организмов.
Конструктивные особенности	Двойная спираль B-формы. ДНК — это двухцепочечная молекула, состоящая из длинной цепи нуклеотидов.	Спираль А-формы. РНК обычно представляет собой одноцепочечную спираль, состоящую из более коротких цепочек нуклеотидов.
Состав основ и сахаров	дезоксирибоза сахар фосфатный остов аденин, гуанин, цитозин, тиминовые основания	рибоза сахар фосфатный остов аденин, гуанин, цитозин, основания урацила
Распространение	ДНК самовоспроизводится.	РНК синтезируется из ДНК по мере необходимости.
Базовая пара	AT (аденин-тимин) GC (гуанин-цитозин)	AU (аденин-урацил) GC (гуанин-цитозин)
Реакционная способность	Связи C-H в ДНК делают ее довольно стабильной, плюс организм разрушает ферменты, которые атакуют ДНК.Маленькие бороздки на спирали также служат защитой, обеспечивая минимальное пространство для прикрепления ферментов.	Связь O-H в рибозе РНК делает молекулу более реакционной по сравнению с ДНК. РНК нестабильна в щелочных условиях, а большие бороздки в молекуле делают ее уязвимой для ферментативной атаки. РНК постоянно производится, используется, разлагается и перерабатывается.
Повреждение ультрафиолетом	ДНК чувствительна к ультрафиолетовому излучению.	По сравнению с ДНК, РНК относительно устойчива к УФ-повреждению.

Что было первым?

Есть некоторые свидетельства того, что ДНК могла появиться первой, но большинство ученых полагают, что РНК эволюционировала раньше ДНК.РНК имеет более простую структуру и необходима для функционирования ДНК. Кроме того, РНК обнаруживается у прокариот, которые, как полагают, предшествуют эукариотам. РНК сама по себе может действовать как катализатор определенных химических реакций.

Настоящий вопрос заключается в том, почему возникла ДНК, если РНК существовала. Наиболее вероятный ответ на этот вопрос заключается в том, что наличие двухцепочечной молекулы помогает защитить генетический код от повреждений.Если одна прядь сломана, другая может служить шаблоном для ремонта. Белки, окружающие ДНК, также обеспечивают дополнительную защиту от ферментативной атаки.

Необычные ДНК и РНК

Хотя наиболее распространенная форма ДНК — это двойная спираль. есть свидетельства редких случаев разветвленной ДНК, квадруплексной ДНК и молекул, состоящих из тройных цепей.Ученые обнаружили ДНК, в которой мышьяк заменяет фосфор.

Иногда встречается двухцепочечная РНК (дцРНК).Он похож на ДНК, за исключением того, что тимин заменен на урацил. Этот тип РНК содержится в некоторых вирусах. Когда эти вирусы инфицируют эукариотические клетки, дцРНК может мешать нормальной функции РНК и стимулировать интерфероновый ответ. Круговая одноцепочечная РНК (circRNA) была обнаружена как у животных, так и у растений. В настоящее время функция этого типа РНК неизвестна.

Дополнительные ссылки

• Бердж С., Паркинсон Г. Н., Хейзел П., Тодд А. К., Нейдл С. (2006).«Квадруплексная ДНК: последовательность, топология и структура». Исследование нуклеиновых кислот . 34 (19): 5402–15. DOI: 10.1093 / nar / gkl655
• Уайтхед К.А., Дальман Дж. Э., Лангер Р.С., Андерсон Д.Г. (2011). «Молчание или стимуляция? SiRNA доставки и иммунной системы». Ежегодный обзор химической и биомолекулярной инженерии . 2: 77–96. DOI: 10.1146 / annurev-chembioeng-061010-114133

1. Альбертс, Брюс и др. «Мир РНК и истоки жизни.” Молекулярная биология клетки , 4-е изд., Garland Science.

2. Арчер, Стюарт А. и др. «Динуклеарный рутений (ii) Фототерапевтический препарат, нацеленный на дуплексную и квадруплексную ДНК». Химические науки, нет. 12, 28 марта 2019 г., стр. 3437-3690, DOI: 10.1039 / C8SC05084H

3. Тауфик, Дэн С.