هر موجود زنده در جهان ما متفاوت است. نه تنها مردم با یکدیگر تفاوت دارند. حیوانات و گیاهان یک گونه نیز تفاوت هایی دارند. دلیل این امر تنها شرایط زندگی و تجربه زندگی متفاوت نیست. فردیت هر موجود زنده با کمک مواد ژنتیکی در آن مشخص می شود.
سوالات مهم و جالب در مورد اسیدهای نوکلئیک
حتی قبل از تولد، هر موجود زنده مجموعه ای از ژن های خاص خود را دارد که کاملاً همه ویژگی های ساختاری را تعیین می کند. مثلاً فقط رنگ کت یا شکل برگها مهم نیست. ویژگی های مهم تری در ژن ها مشخص می شود. از این گذشته، یک همستر نمی تواند از گربه به دنیا بیاید و یک بائوباب نمی تواند از دانه های گندم رشد کند.
و اسیدهای نوکلئیک - مولکول های RNA و DNA - مسئول تمام این حجم عظیم اطلاعات هستند. اهمیت آنها بسیار دشوار است که بیش از حد برآورد شوند. از این گذشته، آنها نه تنها اطلاعات را در طول زندگی ذخیره می کنند، بلکه با کمک پروتئین ها به درک آن کمک می کنند و علاوه بر این، آنها را به نسل بعدی منتقل می کنند. چگونه این کار را انجام می دهند، ساختار مولکول های DNA و RNA چقدر پیچیده است؟ چقدر شبیه هم هستند و چه تفاوت هایی با هم دارند؟ در همه اینها ماو ما آن را در فصل های بعدی مقاله متوجه خواهیم شد.
ما تمام اطلاعات را تکه تکه تجزیه و تحلیل خواهیم کرد و از اصول اولیه شروع می کنیم. ابتدا یاد خواهیم گرفت که اسیدهای نوکلئیک چیست، چگونه کشف شدند، سپس در مورد ساختار و عملکرد آنها صحبت خواهیم کرد. در پایان مقاله منتظر جدول مقایسه ای RNA و DNA هستیم که هر لحظه می توانید به آن مراجعه کنید.
نوکلئیک اسیدها چیست
اسیدهای نوکلئیک ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا، پلیمر هستند. در سال 1869 آنها برای اولین بار توسط فردریش میشر، بیوشیمیدان سوئیسی توصیف شدند. او ماده ای شامل فسفر و نیتروژن را از سلول های چرک جدا کرد. با فرض اینکه فقط در هسته ها قرار دارد، دانشمند آن را نوکلئین نامید. اما آنچه پس از جداسازی پروتئین ها باقی ماند، اسید نوکلئیک نام داشت.
مونومرهای آن نوکلئوتید هستند. تعداد آنها در یک مولکول اسید برای هر گونه فردی است. نوکلئوتیدها مولکول هایی هستند که از سه قسمت تشکیل شده اند:
- مونوساکارید (پنتوز)، می تواند دو نوع باشد - ریبوز و دئوکسی ریبوز؛
- پایه نیتروژنی (یکی از چهار)؛
- باقی مانده اسید فسفریک.
بعد، تفاوت ها و شباهت های بین DNA و RNA را بررسی خواهیم کرد، جدول در انتهای مقاله به طور خلاصه ارائه می شود.
ویژگی های ساختاری: پنتوزها
اولین شباهت بین DNA و RNA این است که آنها حاوی مونوساکارید هستند. اما برای هر اسید آنها متفاوت هستند. بسته به اینکه کدام پنتوز در مولکول باشد، اسیدهای نوکلئیک به DNA و RNA تقسیم می شوند. DNA حاوی دئوکسی ریبوز است، در حالی که RNA حاویریبوز هر دو پنتوز در اسیدها فقط به شکل β وجود دارند.
دئوکسی ریبوز در دومین اتم کربن (که با 2' مشخص می شود) اکسیژن ندارد. دانشمندان پیشنهاد می کنند که عدم وجود آن:
- پیوند بین C2 و C3 را کوتاه می کند؛
- مولکول DNA را قوی تر می کند؛
- شرایط را برای بسته بندی DNA فشرده در هسته ایجاد می کند.
مقایسه ساختمان: پایه های نیتروژنی
توصیف مقایسه ای DNA و RNA آسان نیست. اما تفاوت ها از همان ابتدا قابل مشاهده است. بازهای نیتروژنی مهمترین بلوک های ساختمانی در مولکول های ما هستند. آنها حامل اطلاعات ژنتیکی هستند. به طور دقیق تر، نه خود پایگاه ها، بلکه نظم آنها در زنجیره. آنها پورین و پیریمیدین هستند.
ترکیب DNA و RNA از قبل در سطح مونومرها متفاوت است: در اسید دئوکسی ریبونوکلئیک می توانیم آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین را پیدا کنیم. اما RNA به جای تیمین حاوی اوراسیل است.
این پنج باز اصلی (عمده)، بیشتر اسیدهای نوکلئیک را تشکیل می دهند. اما در کنار آنها، دیگران نیز هستند. این خیلی به ندرت اتفاق می افتد، چنین پایه هایی جزئی نامیده می شوند. هر دو در هر دو اسید یافت می شوند - این شباهت دیگری بین DNA و RNA است.
توالی این بازهای نیتروژن دار (و بر این اساس، نوکلئوتیدها) در زنجیره DNA تعیین می کند که یک سلول خاص کدام پروتئین را می تواند سنتز کند. اینکه کدام مولکول در یک لحظه معین ایجاد می شود بستگی به نیاز بدن دارد.
برو بهسطوح سازماندهی اسیدهای نوکلئیک برای اینکه خصوصیات مقایسه ای DNA و RNA تا حد امکان کامل و عینی باشد، ساختار هر کدام را در نظر می گیریم. DNA دارای چهار مورد است و تعداد سطوح سازماندهی در RNA به نوع آن بستگی دارد.
کشف ساختار DNA، اصول ساختار
همه موجودات به پروکاریوت ها و یوکاریوت ها تقسیم می شوند. این طبقه بندی بر اساس طراحی هسته است. هر دو دارای DNA در سلول به شکل کروموزوم هستند. اینها ساختارهای خاصی هستند که در آن مولکول های اسید دئوکسی ریبونوکلئیک با پروتئین ها مرتبط هستند. DNA چهار سطح سازمان دارد.
ساختار اولیه با زنجیره ای از نوکلئوتیدها نشان داده می شود که توالی آنها برای هر ارگانیسم منفرد مشاهده می شود و با پیوندهای فسفودی استر به هم متصل می شوند. موفقیت های عظیمی در مطالعه ساختار رشته DNA توسط Chargaff و همکارانش به دست آمد. آنها تعیین کردند که نسبت بازهای نیتروژنی از قوانین خاصی تبعیت می کند.
آنها را قوانین چارگاف می نامیدند. اولین مورد بیان می کند که مجموع بازهای پورینی باید با مجموع پیریمیدین ها برابر باشد. این موضوع پس از آشنایی با ساختار ثانویه DNA مشخص خواهد شد. قانون دوم از ویژگی های آن ناشی می شود: نسبت های مولی A / T و G / C برابر با یک هستند. همین قانون برای اسید نوکلئیک دوم نیز صادق است - این شباهت دیگری بین DNA و RNA است. فقط دومی در همه جا به جای تیمین اوراسیل دارد.
همچنین، بسیاری از دانشمندان شروع به طبقه بندی DNA گونه های مختلف بر اساس تعداد بیشتری از پایگاه ها کردند. اگر جمع "A+T" باشدبیشتر از "G + C"، چنین DNA ای نوع AT نامیده می شود. اگر برعکس باشد، ما با نوع GC DNA سروکار داریم.
مدل ساختار ثانویه در سال 1953 توسط دانشمندان واتسون و کریک پیشنهاد شد، و امروزه نیز عموماً پذیرفته شده است. مدل یک مارپیچ دوتایی است که از دو زنجیره ضد موازی تشکیل شده است. ویژگی های اصلی ساختار ثانویه عبارتند از:
- ترکیب هر رشته DNA کاملاً مختص گونه است؛
- پیوند بین زنجیره ها هیدروژن است که بر اساس اصل مکمل بودن بازهای نیتروژنی تشکیل شده است؛
- زنجیره های پلی نوکلئوتیدی به دور یکدیگر پیچیده می شوند و یک مارپیچ سمت راست به نام "مارپیچ" را تشکیل می دهند؛
- باقیمانده های اسید فسفریک در خارج از مارپیچ قرار دارند، بازهای نیتروژنی در داخل هستند.
بیشتر، متراکم تر، سخت تر
ساختار سوم DNA یک ساختار ابرپیچ است. یعنی نه تنها دو زنجیره در یک مولکول با یکدیگر می پیچند، بلکه برای فشردگی بیشتر، DNA در اطراف پروتئین های خاص - هیستون ها پیچیده می شود. آنها بسته به محتوای لیزین و آرژنین در آنها به پنج کلاس تقسیم می شوند.
آخرین سطح DNA کروموزوم است. برای درک اینکه حامل اطلاعات ژنتیکی چقدر محکم در آن بسته بندی شده است، موارد زیر را تصور کنید: اگر برج ایفل تمام مراحل تراکم را مانند DNA طی کند، می توان آن را در جعبه کبریت قرار داد.
کروموزوم ها تک (شامل یک کروماتید) و دوتایی (شامل دو کروماتید) هستند. آنها ذخیره سازی امن را فراهم می کننداطلاعات ژنتیکی و در صورت لزوم می توانند دور بزنند و دسترسی به ناحیه مورد نظر را باز کنند.
انواع RNA، ویژگی های ساختاری
علاوه بر این واقعیت که هر RNA از نظر ساختار اولیه با DNA متفاوت است (فقدان تیمین، وجود اوراسیل)، سطوح سازماندهی زیر نیز متفاوت است:
- RNA انتقالی (tRNA) یک مولکول تک رشته ای است. به منظور انجام وظیفه خود در انتقال اسیدهای آمینه به محل سنتز پروتئین، ساختار ثانویه بسیار غیر معمولی دارد. به آن "برگ شبدر" می گویند. هر یک از حلقه‌های آن عملکرد خاص خود را انجام می‌دهند، اما مهمترین آنها ساقه گیرنده (اسید آمینه به آن می‌چسبد) و آنتی‌کدون (که باید با کدون روی RNA پیام‌رسان مطابقت داشته باشد) هستند. ساختار سوم tRNA کمی مطالعه شده است، زیرا جداسازی چنین مولکولی بدون ایجاد اختلال در سطح بالای سازمان بسیار دشوار است. اما دانشمندان اطلاعاتی دارند. برای مثال، در مخمر، RNA انتقالی به شکل حرف L است.
- RNA پیام رسان (که اطلاعاتی نیز نامیده می شود) وظیفه انتقال اطلاعات از DNA به محل سنتز پروتئین را انجام می دهد. او می گوید که در نهایت چه نوع پروتئینی تولید می شود، ریبوزوم ها در روند سنتز در امتداد آن حرکت می کنند. ساختار اولیه آن یک مولکول تک رشته ای است. ساختار ثانویه بسیار پیچیده است و برای تعیین صحیح شروع سنتز پروتئین ضروری است. mRNA به شکل سنجاق‌هایی تا می‌شود که در انتهای آن مکان‌هایی برای شروع و پایان پردازش پروتئین وجود دارد.
- RNA ریبوزومی در ریبوزوم ها یافت می شود. این اندامک ها از دو ذره فرعی تشکیل شده اند که هر کدام از آنهامیزبان rRNA خود است. این نوکلئیک اسید محل قرارگیری تمامی پروتئین های ریبوزومی و مراکز عملکردی این اندامک را تعیین می کند. ساختار اولیه rRNA مانند انواع قبلی اسید با دنباله ای از نوکلئوتیدها نشان داده می شود. مشخص است که مرحله نهایی تا شدن rRNA جفت شدن بخش های انتهایی یک رشته است. تشکیل چنین دمبرگهایی کمک بیشتری به فشردگی کل ساختار می کند.
توابع DNA
دئوکسی ریبونوکلئیک اسید به عنوان یک مخزن اطلاعات ژنتیکی عمل می کند. در توالی نوکلئوتیدهای آن است که تمام پروتئین های بدن ما "پنهان" هستند. در DNA، آنها نه تنها ذخیره می شوند، بلکه به خوبی محافظت می شوند. و حتی اگر در حین کپی خطایی رخ دهد اصلاح می شود. بنابراین، تمام مواد ژنتیکی حفظ خواهد شد و به فرزندان خواهد رسید.
به منظور انتقال اطلاعات به فرزندان، DNA توانایی دو برابر شدن را دارد. به این فرآیند همانند سازی می گویند. جدول مقایسه ای RNA و DNA به ما نشان می دهد که اسید نوکلئیک دیگری نمی تواند این کار را انجام دهد. اما عملکردهای بسیار دیگری دارد.
توابع RNA
هر نوع RNA عملکرد خاص خود را دارد:
- انتقال اسید ریبونوکلئیک اسیدهای آمینه را به ریبوزوم ها می رساند، جایی که آنها به پروتئین تبدیل می شوند. tRNA نه تنها مواد ساختمانی را به ارمغان می آورد، بلکه در شناسایی کدون نیز نقش دارد. و اینکه پروتئین چقدر درست ساخته خواهد شد به کار آن بستگی دارد.
- پیام RNA اطلاعات را ازDNA و حمل آن به محل سنتز پروتئین. در آنجا به ریبوزوم می‌چسبد و ترتیب اسیدهای آمینه موجود در پروتئین را تعیین می‌کند.
- RNA ریبوزومی یکپارچگی ساختار اندامک را تضمین می کند، کار همه مراکز عملکردی را تنظیم می کند.
در اینجا شباهت دیگری بین DNA و RNA وجود دارد: آنها هر دو از اطلاعات ژنتیکی که سلول حمل می کند مراقبت می کنند.
مقایسه DNA و RNA
برای سازماندهی همه اطلاعات بالا، بیایید همه آنها را در یک جدول بنویسیم.
| DNA | RNA | |
| موقعیت قفس | هسته، کلروپلاست، میتوکندری | هسته، کلروپلاست، میتوکندری، ریبوزوم، سیتوپلاسم |
| Monomer | دئوکسی ریبونوکلئوتید | ریبونوکلئوتید |
| ساختار | مارپیچ دو رشته ای | تک زنجیره |
| نوکلئوتید | A، T، G، C | A، U، G، C |
| ویژگی ها | پایدار، قابلیت تکرار | Labile، نمی تواند دو برابر شود |
| توابع | ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی | انتقال اطلاعات ارثی (mRNA)، عملکرد ساختاری (rRNA، RNA میتوکندری)، مشارکت در سنتز پروتئین (mRNA، tRNA، rRNA) |
بنابراین، ما به طور خلاصه در مورد شباهت های بین DNA و RNA صحبت کردیم. جدول یک دستیار ضروری در امتحان یا یک یادآوری ساده خواهد بود.
علاوه بر آنچه قبلاً آموختیم، چندین واقعیت در جدول ظاهر شد. به عنوان مثال، توانایی DNAتکثیر برای تقسیم سلولی ضروری است تا هر دو سلول ماده ژنتیکی صحیح را به طور کامل دریافت کنند. در حالی که برای RNA، دو برابر شدن معنی ندارد. اگر سلولی به مولکول دیگری نیاز داشته باشد، آن را از الگوی DNA سنتز می کند.
مشخص شد که ویژگی‌های DNA و RNA مختصر هستند، اما ما تمام ویژگی‌های ساختار و عملکردها را پوشش دادیم. فرآیند ترجمه - سنتز پروتئین - بسیار جالب است. پس از آشنایی با آن، مشخص می شود که RNA چقدر در زندگی یک سلول نقش دارد. و فرآیند تکثیر DNA بسیار هیجان انگیز است. چه چیزی ارزش شکستن مارپیچ دوگانه و خواندن هر نوکلئوتید را دارد!
هر روز چیز جدیدی یاد بگیرید. به خصوص اگر این اتفاق جدید در هر سلول بدن شما رخ دهد.
