Ondanks de grote gelijkenis van de basismechanismen van werking van de twee soorten polymerasen die de synthese van nucleïnezuren uitvoeren, zijn er fundamentele verschillen tussen hen. Het belangrijkste kenmerk is dat voor DNA-polymerase DNA zowel een matrijs als een reactieproduct is, en dit levert aanzienlijke problemen op.

Aangezien een hybride DNA-RNA dubbele helix tijdelijk bestaat tijdens RNA-synthese in het actieve centrum van RNA-polymerase (zie rubrieken 5, 6), kan RNA-polymerase een hybride gemakkelijk onderscheiden van een conventionele dubbele DNA-helix. De hoge affiniteit van de omgeving van het actieve centrum van RNA-polymerase voor de hybride en het transcript-uitgangskanaal in RNA zorgt voor een hoge processie van het enzym? het vermogen om te werken zonder dissociatie na een enkele handeling van transcriptie-initiatie. DNA-polymerase heeft een dubbele helix van DNA, zowel omgeven door het actieve centrum als overal buiten het polymerasecomplex. Dienovereenkomstig is er een grote kans op dissociatie: is de processiviteit van DNA-polymerase erg laag? het kan slechts een 10 . synthetiseren 20 nucleotiden. Er moet dus een bepaald aanvullend mechanisme zijn om de processiviteit te verhogen.

De hoge affiniteit van RNA-polymerase voor de DNA-RNA-hybride maakt het gemakkelijk om de dubbele DNA-helix langs het pad van de polymerase te vernietigen tijdens transcriptie-verlenging? het transcript verdringt eenvoudig de niet-matrixstreng van DNA van de duplex. Voor DNA-polymerase is een dergelijk mechanisme onmogelijk: DNA-duplexen in een complex met polymerase en ervoor verschillen op geen enkele manier van elkaar, d.w.z. DNA-polymerase vereist dat een enkelstrengs matrijs-DNA uit de dubbele helix wordt verwijderd.

Het derde probleem is dat DNA-polymerase maar één bewerking kan uitvoeren? het 3"-uiteinde van de DNA-keten voortzetten (bewerken), het kan de synthese initiëren, de eerste fosfodiesterbinding creëren. Dit betekent dat een bepaald kort gedeelte op de een of andere manier anders moet worden gemaakt, zodat verdere DNA-polymerase zijn synthese kan voortzetten. Zo'n sectie, zonder welke het onmogelijk is voor DNA-polymerase om te werken, wordt een primer (primer) genoemd.

Beide nucleïnezuren, DNA en RNA, werden ontdekt door de Zwitserse biochemicus Friedrich Miescher in 1869, lang voordat hun rol in de overdracht van erfelijke informatie werd opgehelderd. En de meest volledige informatie over hun chemische structuur werd verkregen door Fabus Aron Theodore Levin (1869-1940), een Amerikaanse wetenschapper geboren in Rusland en opgeleid in St. Petersburg.

De "ondersteunende structuur" voor beide zuren is de zogenaamde "suikerfosfaatruggengraat", die in DNA lijkt op de reling van een wenteltrap. Het bestaat uit suikerresten die in een keten aan elkaar zijn gekoppeld met fosforzuurresten. Het is deze constructie die de structuur van het nucleïnezuurmolecuul vasthoudt en handhaaft.

Stikstofhoudende "basen" zijn bevestigd aan de suikermoleculen van de ruggengraat, die zich bevinden als treden van een trap (binnenkant van de "reling"). Het is dankzij de interacties tussen de waterstof-, stikstof- en zuurstofatomen van stikstofbasen dat enkele DNA-strengen kunnen combineren tot dubbelstrengige structuren.

Nucleïnezuren worden in de cel gesynthetiseerd uit nucleotiden - complexen van stikstofbase-, suiker- en fosforzuurresiduen, die dienen als universele blokken voor de constructie van DNA en RNA. Er zijn vijf soorten stikstofbasen - adenine (aangegeven met de letter A in de diagrammen), thymine (T), guanine (G), cytosine (C) en uracil (U). Een kenmerk van base-interacties, waardoor ze dubbelstrengs strengen kunnen vormen, is hun strikte specificiteit: A kan alleen interageren met T en G met C (een dergelijke exacte overeenkomst van basen en DNA-strengen wordt complementariteit genoemd, en de strengen en bases zelf zijn complementair aan elkaar) ...

De verschillen tussen RNA en DNA komen erop neer dat ribosesuiker is opgenomen in de suiker-fosfaatruggengraat van RNA, terwijl ribose in DNA één zuurstofatoom "verliest" en verandert in deoxyribose. Bovendien bevat RNA in plaats van thymine (T) uracil (U). Uracil verschilt bijna net zo weinig van thymine als ribose van deoxyribose: het mist alleen een zij-methylgroep (_CH3). Dergelijke minimale verschillen in de structuur van RNA en DNA leiden echter tot significante verschillen in de structuur en functies van deze moleculen.

Een van de meest voor de hand liggende verschillen is dat het RNA van de meeste organismen, in tegenstelling tot dubbelstrengs DNA, als een enkele streng bestaat. Hiervoor zijn twee redenen. Ten eerste missen alle cellulaire organismen een enzym om de RNA-vormingsreactie op de RNA-template te katalyseren. Een dergelijk enzym is alleen aanwezig in sommige virussen, waarvan de genen zijn "geschreven" in de vorm van dubbelstrengs RNA. Andere organismen kunnen RNA-moleculen alleen synthetiseren op een DNA-sjabloon. Ten tweede, door het verlies van de methylgroep door uracil, is de binding tussen deze en adenine onstabiel, dus de "retentie" van de tweede (complementaire) streng voor RNA is ook een probleem.

Vanwege de geforceerde enkelstrengsheid, draait RNA, in tegenstelling tot DNA, niet in een spiraal, maar door interacties binnen hetzelfde molecuul vormt het structuren zoals "haarspelden", "hamerkoppen", lussen, kruisen, klitten en andere.

RNA wordt van DNA gekopieerd volgens dezelfde wetten die de synthese van DNA zelf regelen: elke base van DNA komt overeen met een strikt complementaire base in het RNA-molecuul dat wordt gebouwd. Echter, in tegenstelling tot DNA-kopie, kopieert RNA alleen bepaalde regio's op DNA wanneer het hele molecuul wordt gekopieerd (gerepliceerd). In de overgrote meerderheid zijn deze regio's genen die coderen voor eiwitten. Voor ons verhaal is het belangrijk dat door dergelijk selectief kopiëren RNA-moleculen altijd korter zijn, en in hogere organismen is het veel korter dan hun "zusters" - DNA. Het is ook belangrijk dat DNA in waterige oplossingen stabieler is dan RNA. Verschillen in de tijd van hun halfwaardetijd (dat wil zeggen, de tijd waarin de helft van een bepaald aantal moleculen wordt vernietigd) is duizenden keren.

Dus tegen het midden van de jaren 60 van de twintigste eeuw werd de wetenschap zich bewust van de details van het functioneren van twee moleculen die, meer dan eiwitten, geschikt waren voor de rol van "moleculen van het oorspronkelijke leven" - DNA en RNA. Ze coderen allebei voor genetische informatie en beide kunnen worden gebruikt om het te dragen. Maar één ding is het vermogen om informatie te dragen, en iets heel anders is het vermogen om het zelf aan nakomelingen door te geven, zonder hulp van buitenaf. In alle moderne levende systemen, van virussen tot hogere dieren, "gebruikt DNA of RNA de diensten" van enzymeiwitten om snel en efficiënt, met behulp van katalyse, hun gecodeerde informatie over een aantal generaties over te dragen. Geen van de nucleïnezuren in de moderne wereld kan zichzelf op zichzelf kopiëren. Had dezelfde samenwerking kunnen bestaan ​​bij het ontstaan ​​van het leven op aarde? Hoe is de triade van samenwerkende moleculen - DNA, RNA en eiwitten - ontstaan, waarop al het moderne leven is gebouwd? Wie en waarom zou de "stamvader" van deze drie "moleculaire walvissen" kunnen worden?

RNA WERELD

Het is geen toeval dat we stilstonden bij de details van de RNA-structuur. Aan het einde van de twintigste eeuw vond een nieuwe revolutie plaats in de theorie van de oorsprong van het leven, waarvan de 'boosdoener' precies dit molecuul was, dat tot die tijd grondig bestudeerd en nogal voorspelbaar leek.

Dit verhaal begon in de jaren 70 van de twintigste eeuw, toen ongebruikelijke enzymen werden gevonden in de cellen van sommige organismen: ze bevatten in hun samenstelling, naast eiwit, een RNA-molecuul. Aan het eind van de jaren zeventig bestudeerden de Amerikaanse biochemici Thomas Chek en Sidney Altman onafhankelijk de structuur en functie van dergelijke enzymen. Een van de taken was het verduidelijken van de rol van RNA, dat deel uitmaakt van hun samenstelling. Aanvankelijk geloofden wetenschappers, in navolging van de algemeen aanvaarde mening, dat het RNA-molecuul slechts een hulpelement is in dergelijke complexen, dat misschien verantwoordelijk is voor de vorming van de juiste structuur van het enzym of voor de juiste oriëntatie tijdens de interactie van de enzym en het substraat (dat wil zeggen, het molecuul dat een verandering ondergaat), en het eiwit voert zelf de gekatalyseerde reactie uit.

Om de situatie te verduidelijken, scheidden de onderzoekers de eiwit- en RNA-bestanddelen van elkaar en onderzochten hun vermogen om te katalyseren. Tot hun grote verbazing merkten ze dat zelfs nadat het eiwit uit het enzym was verwijderd, het resterende RNA zijn specifieke reactie kon katalyseren. Zo'n ontdekking zou een revolutie betekenen in de moleculaire biologie: men geloofde vroeger immers dat alleen eiwitten, maar geen nucleïnezuren, tot katalyse in staat zijn.

Het laatste, meest overtuigende bewijs van het vermogen van RNA om te katalyseren was de demonstratie dat zelfs kunstmatig gesynthetiseerd RNA, dat deel uitmaakt van de bestudeerde enzymen, de reactie onafhankelijk kan katalyseren.

RNA-moleculen die in staat zijn tot katalyse werden ribozymen genoemd (naar analogie met enzymen, dat wil zeggen eiwit-enzymen). Voor hun ontdekking in 1989 kregen Chek en Altman de Nobelprijs voor de Scheikunde.

Deze resultaten aarzelden niet om de theorie van de oorsprong van het leven te beïnvloeden: het RNA-molecuul werd de "favoriet". Er is inderdaad een molecuul ontdekt dat genetische informatie kan dragen en bovendien chemische reacties kan katalyseren! Het was moeilijk om een ​​geschiktere kandidaat voor te stellen voor het ontstaan ​​van precellulair leven.

Het scenario voor de ontwikkeling van het leven is veranderd. Aanvankelijk verschenen volgens de nieuwe hypothese spontaan korte ketens van RNA-moleculen in de omstandigheden van de jonge aarde. Sommigen van hen verwierven, opnieuw spontaan, het vermogen om de reactie van hun eigen reproductie (replicatie) te katalyseren. Door replicatiefouten verschilden sommige van de dochtermoleculen van de oudermoleculen en hadden ze nieuwe eigenschappen, ze konden bijvoorbeeld andere reacties katalyseren.

Een ander belangrijk bewijs dat "in het begin RNA was" kwam van studies van ribosomen. Ribosomen zijn structuren in het cytoplasma van de cel, bestaande uit RNA en eiwitten en zijn verantwoordelijk voor de synthese van cellulaire eiwitten. Als resultaat van hun onderzoek werd onthuld dat in alle organismen het RNA in het katalytische centrum van ribosomen verantwoordelijk is voor het belangrijkste stadium in de assemblage van eiwitten - de verbinding van aminozuren met elkaar. De ontdekking van dit feit versterkte de positie van de aanhangers van de RNA-wereld verder. Inderdaad, als we het moderne beeld van het leven projecteren op zijn mogelijke begin, is het redelijk om aan te nemen dat ribosomen - structuren die speciaal in de cel bestaan ​​om de code van nucleïnezuren te "decoderen" en eiwitten te produceren - ooit verschenen als RNA-complexen die in staat zijn om aminozuren combineren tot één keten. Zo zou de wereld van eiwitten eruit kunnen zien op basis van de RNA-wereld.

Meer recent werden waarnemingen gedaan die tot een andere sensatie leidden. Het blijkt dat RNA niet alleen chemische reacties katalyseert, maar ook plantencellen en dieren beschermt tegen de invasie van virussen. Deze functie wordt uitgevoerd door een speciale klasse van RNA - de zogenaamde korte of kleine RNA's, zo genoemd omdat hun lengte gewoonlijk niet groter is dan eenentwintig "links" -nucleotide. Bij hogere dieren, bijvoorbeeld zoogdieren, blijven kleine RNA's ook niet werkloos en kunnen ze deelnemen aan de regulatie van het lezen van geninformatie van chromosomen.

Het belangrijkste verschil tussen RNA en DNA is dat RNA-moleculen niet twee- maar enkelstrengs zijn. Dit komt door de volgende kenmerken van de primaire structuur van RNA:

1. Pentose in RNA is geen deoxyribose, maar ribose, dat een extra hydroxygroep bevat. Dit laatste maakt de dubbelstrengige structuur minder stabiel.

2. Onder de vier belangrijkste (belangrijkste) stikstofbasen bevindt zich in plaats van thymine uracil, dat alleen van thymine verschilt in de afwezigheid van een methylgroep op het 5e koolstofatoom (Fig. 12). Hierdoor neemt de sterkte van de hydrofobe interactie in het complementaire paar A-U af. Dit vermindert de kans op de vorming van stabiele dubbelstrengs moleculen.

3. Het RNA bevat een hoog gehalte aan zogenaamde kleine basen. Onder hen zijn dihydrouridine (er is geen dubbele binding in uracil), pseudouridine (uracil wordt anders dan gebruikelijk geassocieerd met ribose), dimethyladenine en dimethylguanine (in stikstofbasen zijn er twee extra methylgroepen) en vele andere. Bijna al deze basen kunnen niet deelnemen aan complementaire interacties.

De genoemde verschillen in de structuur van RNA van DNA zijn van groot biologisch belang, omdat RNA-moleculen hun functie alleen in een enkelstrengs toestand kunnen uitoefenen.

Algemene kenmerken van de secundaire structuur van RNA

De meeste natuurlijke RNA-moleculen zijn opgebouwd uit een enkele polynucleotideketen. Tegelijkertijd kan de RNA-keten in sommige regio's lussen vormen, of "haarspelden", met een dubbelstrengs structuur
(afb.16A). Deze structuur wordt gestabiliseerd door de interactie van basen in de paren A-U, G-C. Er kunnen echter ook "verkeerde" paren (bijvoorbeeld H-Y) worden gevormd en in sommige delen van de "haarspeld" vindt helemaal geen interactie plaats. Deze lussen kunnen tot 50% van alle nucleotiden bevatten.

RNA tertiaire structuur

B

Onder fysiologische omstandigheden worden enkelstrengs RNA's gekenmerkt door een compacte en geordende tertiaire structuur, die ontstaat door de interactie van elementen van hun secundaire structuur (Fig. 16B).

Afb. 16. RNA-structuur:
A - een sectie van de secundaire structuur in de RNA-keten; B - diagram van de tertiaire structuur van tRNA

Aanvankelijk leek het mensen dat de fundamentele basis van het leven eiwitmoleculen waren. Wetenschappelijk onderzoek heeft echter dat belangrijke aspect aan het licht gebracht dat de levende van de niet-levende natuur onderscheidt: nucleïnezuren.

Definitie

DNA (deoxyribonucleïnezuur) Is een macromolecuul dat erfelijke informatie van generatie op generatie opslaat en doorgeeft. In cellen is de belangrijkste functie van het DNA-molecuul het opslaan van nauwkeurige informatie over de structuur van eiwitten en RNA. Bij dieren en planten zit het DNA-molecuul in de celkern, in chromosomen. Puur chemisch gezien bestaat een DNA-molecuul uit een fosfaatgroep en een stikstofbase. In de ruimte wordt het weergegeven als twee spiraalvormig gedraaide draden. Stikstofbasen zijn adenine, guanine, cytosine en thymine, en ze zijn alleen met elkaar verbonden volgens het principe van complementariteit - guanine met cytosine en adenine met thymine. De rangschikking van nucleotiden in verschillende sequenties stelt u in staat om verschillende informatie te coderen over de soorten RNA die betrokken zijn bij het proces van eiwitsynthese.

RNA-molecuul bij ons bekend onder de naam "ribonucleïnezuur". Net als DNA is dit macromolecuul inherent aanwezig in de cellen van alle levende organismen. Hun structuur is grotendeels hetzelfde - RNA bestaat, net als DNA, uit eenheden - nucleotiden, die worden gepresenteerd in de vorm van een fosfaatgroep, stikstofbase en ribosesuiker. De rangschikking van nucleotiden in verschillende sequenties stelt u in staat om een ​​individuele genetische code te coderen. Er zijn drie soorten RNA: i-RNA - is verantwoordelijk voor de overdracht van informatie, r-RNA - is een onderdeel van de ribosomen, t-RNA - is verantwoordelijk voor de levering van aminozuren aan de ribosomen. Onder andere het zogenaamde messenger-RNA wordt door alle cellulaire organismen gebruikt voor de eiwitsynthese. Individuele RNA-moleculen hebben hun eigen enzymatische activiteit. Het manifesteert zich als het vermogen om als het ware andere RNA-moleculen te "breken" of twee RNA-fragmenten te verbinden. RNA is ook een integraal onderdeel van het genoom van de meeste virussen, waarbij het dezelfde functie vervult als het DNA-macromolecuul in hogere organismen.

Vergelijking

We kwamen er dus achter dat beide concepten verwijzen naar nucleïnezuren met verschillende functies: RNA is betrokken bij de overdracht van biologische informatie die is vastgelegd in DNA-moleculen, die op hun beurt verantwoordelijk zijn voor het opslaan van informatie en het doorgeven ervan door overerving. Het RNA-molecuul is hetzelfde polymeer als DNA, alleen korter. Bovendien is DNA een dubbelstrengs, RNA is een enkelstrengs structuur.

Conclusies site

1. DNA bevat deoxyribonucleotiden, RNA bevat ribonucleotiden.
2. De stikstofbasen in het DNA-molecuul zijn thymine, adenine, cytosine, guanine; uracil is betrokken bij RNA in plaats van thymine.
3. DNA is de transcriptiematrix; het slaat genetische informatie op. RNA is betrokken bij de eiwitsynthese.
4. DNA heeft een dubbele streng, gedraaid in een spiraal; voor RNA is het enkelvoudig.
5. DNA bevindt zich in de kern, plastiden, mitochondriën; RNA - wordt gevormd in het cytoplasma, in de ribosomen, in de kern, zijn eigen RNA bevindt zich in de plastiden en mitochondriën.

Aanvankelijk leek het mensen dat de fundamentele basis van het leven eiwitmoleculen waren. Wetenschappelijk onderzoek heeft echter dat belangrijke aspect aan het licht gebracht dat de levende van de niet-levende natuur onderscheidt: nucleïnezuren.

Wat is DNA?

DNA (deoxyribonucleïnezuur) is een macromolecuul dat erfelijke informatie van generatie op generatie opslaat en doorgeeft. In cellen is de belangrijkste functie van het DNA-molecuul het opslaan van nauwkeurige informatie over de structuur van eiwitten en RNA. Bij dieren en planten bevindt het DNA-molecuul zich in de celkern, in chromosomen. Puur chemisch gezien bestaat een DNA-molecuul uit een fosfaatgroep en een stikstofbase. In de ruimte wordt het weergegeven als twee spiraalvormig gedraaide draden. Stikstofbasen zijn adenine, guanine, cytosine en thymine, en ze zijn alleen met elkaar verbonden door het principe van complementariteit - guanine met cytosine en adenine met thymine. De rangschikking van nucleotiden in verschillende sequenties stelt u in staat om verschillende informatie te coderen over de soorten RNA die betrokken zijn bij het proces van eiwitsynthese.

Wat is RNA?

Het RNA-molecuul staat bij ons bekend als ribonucleïnezuur. Net als DNA is dit macromolecuul inherent aanwezig in de cellen van alle levende organismen. Hun structuur is grotendeels hetzelfde - RNA bestaat, net als DNA, uit eenheden - nucleotiden, die worden gepresenteerd in de vorm van een fosfaatgroep, een stikstofhoudende base en een ribosesuiker. De rangschikking van nucleotiden in verschillende sequenties stelt u in staat om een ​​individuele genetische code te coderen. Er zijn drie soorten RNA: i-RNA - is verantwoordelijk voor de overdracht van informatie, r-RNA - is een onderdeel van de ribosomen, t-RNA - is verantwoordelijk voor de levering van aminozuren aan de ribosomen. Onder andere het zogenaamde messenger-RNA wordt door alle cellulaire organismen gebruikt voor de eiwitsynthese. Individuele RNA-moleculen hebben hun eigen enzymatische activiteit. Het manifesteert zich als het vermogen om als het ware andere RNA-moleculen te "breken" of om twee RNA-fragmenten te verbinden. RNA is ook een integraal onderdeel van het genoom van de meeste virussen, waarbij het dezelfde functie vervult als het DNA-macromolecuul in hogere organismen.

Vergelijking van DNA en RNA

We kwamen er dus achter dat beide concepten verwijzen naar nucleïnezuren met verschillende functies: RNA is betrokken bij de overdracht van biologische informatie die is vastgelegd in DNA-moleculen, die op hun beurt verantwoordelijk zijn voor het opslaan van informatie en het doorgeven ervan door overerving. Het RNA-molecuul is hetzelfde polymeer als DNA, alleen korter. Bovendien is DNA een dubbelstrengs, RNA is een enkelstrengs structuur.

TheDifference.ru heeft vastgesteld dat het verschil tussen DNA en RNA als volgt is:

DNA bevat deoxyribonucleotiden, RNA bevat ribonucleotiden.
De stikstofbasen in het DNA-molecuul zijn thymine, adenine, cytosine, guanine; uracil is betrokken bij RNA in plaats van thymine.
DNA is de transcriptiematrix; het slaat genetische informatie op. RNA is betrokken bij de eiwitsynthese.
DNA heeft een dubbele streng, gedraaid in een spiraal; voor RNA is het enkelvoudig.
DNA bevindt zich in de kern, plastiden, mitochondriën; RNA - wordt gevormd in het cytoplasma, in de ribosomen, in de kern, zijn eigen RNA bevindt zich in de plastiden en mitochondriën.

De tijd waarin we leven wordt gekenmerkt door enorme veranderingen, enorme vooruitgang, waarin mensen antwoorden krijgen op steeds meer nieuwe vragen. Het leven gaat snel vooruit en wat tot voor kort onmogelijk leek, begint werkelijkheid te worden. Het is heel goed mogelijk dat wat vandaag een plot uit het genre van de fantasie lijkt, binnenkort ook kenmerken van de werkelijkheid zal krijgen.

Een van de belangrijkste ontdekkingen in de tweede helft van de twintigste eeuw waren de nucleïnezuren RNA en DNA, waardoor de mens dichter bij het oplossen van de mysteries van de natuur kwam.

Nucleïnezuren

Nucleïnezuren zijn organische verbindingen met eigenschappen met een hoog molecuulgewicht. Ze zijn samengesteld uit waterstof, koolstof, stikstof en fosfor.

Ze werden in 1869 ontdekt door F. Misher, die pus onderzocht. Aan zijn ontdekking werd echter niet veel belang gehecht. Pas later, toen deze zuren in alle dierlijke en plantaardige cellen werden gevonden, kwam het begrip van hun enorme rol.

Er zijn twee soorten nucleïnezuren: RNA en DNA (ribonucleïnezuur en deoxyribonucleïnezuur). Dit artikel gaat over ribonucleïnezuur, maar laten we voor een algemeen begrip ook eens kijken naar wat DNA is.

Wat

DNA bestaat uit twee strengen die zijn verbonden volgens de wet van complementariteit door waterstofbruggen van stikstofbasen. Lange ketens zijn gedraaid tot een helix; één draai bevat bijna tien nucleotiden. De diameter van de dubbele helix is ​​twee millimeter, de afstand tussen nucleotiden is ongeveer een halve nanometer. De lengte van één molecuul bereikt soms enkele centimeters. Het DNA van een menselijke celkern is bijna twee meter lang.

Alle genetische informatie zit vervat in de DNA-structuur. DNA heeft replicatie, wat een proces betekent waarbij twee volledig identieke dochtermoleculen worden gevormd uit één molecuul.

Zoals reeds opgemerkt, bestaat de keten uit nucleotiden, die op hun beurt weer bestaan ​​uit stikstofbasen (adenine, guanine, thymine en cytosine) en een fosforzuurresidu. Alle nucleotiden verschillen in stikstofbasen. De waterstofbinding komt niet tussen alle basen voor; adenine kan bijvoorbeeld alleen binden met thymine of guanine. Er zijn dus net zoveel adenylnucleotiden in het lichaam als thymidylnucleotiden, en het aantal guanylnucleotiden is gelijk aan cytidylnucleotiden (de regel van Chargaff). Het blijkt dat de volgorde van de ene keten vooraf de volgorde van de andere bepaalt en dat de ketens elkaar als het ware spiegelen. Zo'n patroon, waarbij de nucleotiden van de twee ketens op een geordende manier zijn gerangschikt, en ook selectief samenkomen, wordt het principe van complementariteit genoemd. Naast waterstofverbindingen is de dubbele helix ook hydrofoob.

De twee ketens zijn multidirectioneel, dat wil zeggen dat ze zich in tegengestelde richtingen bevinden. Daarom is tegenover het drie "-uiteinde van één het vijf" -uiteinde van de andere keten.

Uiterlijk lijkt het op een wenteltrap, waarvan de rail een suikerfosfaatruggengraat is, en de treden zijn complementaire stikstofbasen.

Wat is ribonucleïnezuur?

RNA is een nucleïnezuur met monomeren die ribonucleotiden worden genoemd.

In chemische eigenschappen lijkt het erg op DNA, omdat beide polymeren van nucleotiden zijn, een gefosfoleerd N-glycoside, dat is gebouwd op het residu van pentose (suiker met vijf koolstofatomen), met een fosfaatgroep van het vijfde koolstofatoom en een stikstofbase bij het eerste koolstofatoom.

Het is een enkele polynucleotideketen (behalve virussen), die veel korter is dan die van DNA.

Eén RNA-monomeer is de rest van de volgende stoffen:

• stikstofbase;
• een monosacharide met vijf koolstofatomen;
• fosfor zuur.

RNA's hebben pyrimidine (uracil en cytosine) en purine (adenine, guanine) basen. Ribose is een RNA-nucleotide monosacharide.

Verschillen tussen RNA en DNA

Nucleïnezuren verschillen van elkaar in de volgende eigenschappen:

• de hoeveelheid in een cel hangt af van de fysiologische toestand, leeftijd en orgaanaffiliatie;
• DNA bevat koolhydraatdeoxyribose en RNA bevat ribose;
• de stikstofbase in DNA is thymine en in RNA is het uracil;
• klassen voeren verschillende functies uit, maar worden gesynthetiseerd op een DNA-matrix;
• DNA bestaat uit een dubbele helix en RNA bestaat uit een enkele streng;
• DNA-acteren is niet karakteristiek voor haar;
• RNA heeft meer kleine basen;
• kettingen variëren aanzienlijk in lengte.

Geschiedenis studeren

De RNA-cel werd voor het eerst ontdekt door een biochemicus uit Duitsland R. Altman in de studie van gistcellen. In het midden van de twintigste eeuw werd de rol van DNA in de genetica bewezen. Pas toen werden de soorten RNA, functies, enzovoort beschreven. Tot 80-90% van de massa in de cel valt op r-RNA, dat samen met eiwitten een ribosoom vormt en deelneemt aan eiwitbiosynthese.

In de jaren zestig van de vorige eeuw werd voor het eerst gesuggereerd dat er een soort moet zijn die de genetische informatie voor eiwitsynthese draagt. Daarna werd wetenschappelijk vastgesteld dat er zulke informatieve ribonucleïnezuren zijn die complementaire kopieën van genen vertegenwoordigen. Ze worden ook boodschapper-RNA's genoemd.

De zogenaamde transportzuren zijn betrokken bij het decoderen van de daarin vastgelegde informatie.

Later werden methoden ontwikkeld om de sequentie van nucleotiden te identificeren en de structuur van RNA in de zure ruimte vast te stellen. Dus werd ontdekt dat sommige van hen, ribozymen genaamd, polyribonucleotideketens kunnen splitsen. Als gevolg hiervan begon men aan te nemen dat op het moment dat het leven op de planeet werd geboren, RNA handelde zonder DNA en eiwitten. Bovendien werden alle transformaties uitgevoerd met haar deelname.

De structuur van het ribonucleïnezuurmolecuul

Bijna alle RNA's zijn enkele ketens van polynucleotiden, die op hun beurt zijn samengesteld uit monoribonucleotiden - purine- en pyrimidinebasen.

Nucleotiden worden aangeduid met de beginletters:

• adenine (A), A;
• guanine (G), G;
• cytosine (C), C;
• uracil (U), U.

Ze zijn verbonden door drie- en vijf-fosfodiesterbindingen.

Een heel ander aantal nucleotiden (van enkele tientallen tot tienduizenden) is opgenomen in de structuur van RNA. Ze kunnen een secundaire structuur vormen die voornamelijk bestaat uit korte dubbelstrengs strengen die worden gevormd door complementaire basen.

Ribonucleïnezuur molecuulstructuur

Zoals reeds vermeld, heeft het molecuul een enkelstrengs structuur. RNA krijgt een secundaire structuur en vorm als gevolg van de interactie van nucleotiden met elkaar. Het is een polymeer waarvan het monomeer een nucleotide is dat bestaat uit een suiker, een fosforzuurresidu en een stikstofbase. Uiterlijk ziet het molecuul eruit als een van de DNA-strengen. De nucleotiden adenine en guanine, die deel uitmaken van het RNA, zijn purine. Cytosine en uracil zijn pyrimidinebasen.

synthese proces

Voor het te synthetiseren RNA-molecuul is de matrijs het DNA-molecuul. Er is echter het tegenovergestelde proces, wanneer nieuwe moleculen van desoxyribonucleïnezuur worden gevormd op een ribonucleïnematrix. Dit gebeurt bij de replicatie van bepaalde soorten virussen.

Andere moleculen van ribonucleïnezuur kunnen ook dienen als basis voor biosynthese. Veel enzymen zijn betrokken bij de transcriptie ervan, die plaatsvindt in de celkern, maar de belangrijkste daarvan is RNA-polymerase.

Keer bekeken

Afhankelijk van het type RNA, verschillen de functies ook. Er zijn verschillende soorten:

• informatieve i-RNA;
• ribosomaal r-RNA;
• transport t-RNA;
• minderjarig;
• ribozymen;
• viraal.

Informatief ribonucleïnezuur

Dergelijke moleculen worden ook wel matrixmoleculen genoemd. Ze vormen ongeveer twee procent van het totaal in de cel. In eukaryote cellen worden ze gesynthetiseerd in de kernen op DNA-templates, gaan ze vervolgens het cytoplasma binnen en binden ze aan ribosomen. Verder worden ze sjablonen voor eiwitsynthese: transport-RNA's die aminozuren dragen, worden eraan vastgemaakt. Zo vindt het proces van het omzetten van informatie plaats, wat tot stand komt in de unieke structuur van het eiwit. In sommige virale RNA's is het ook een chromosoom.

Jacob en Mano zijn de ontdekkers van deze soort. De ketting heeft geen stijve structuur en vormt gebogen lussen. Werkt niet, i-RNA verzamelt zich in plooien en vouwt zich op tot een bal, en ontvouwt zich in werkende staat.

i-RNA draagt ​​informatie over de aminozuursequentie in het eiwit dat wordt gesynthetiseerd. Elk aminozuur wordt op een specifieke plaats gecodeerd met behulp van genetische codes die worden gekenmerkt door:

• tripletness - van vier mononucleotiden is het mogelijk om vierenzestig codons (genetische code) te bouwen;
• niet-overlap - informatie beweegt in één richting;
• continuïteit - het werkingsprincipe komt erop neer dat één i-RNA één eiwit is;
• universaliteit - een of ander type aminozuur wordt op dezelfde manier in alle levende organismen gecodeerd;
• degeneratie - twintig aminozuren zijn bekend, en codons - eenenzestig, dat wil zeggen, ze worden gecodeerd door verschillende genetische codes.

Ribosomaal ribonucleïnezuur

Dergelijke moleculen vormen de overgrote meerderheid van cellulair RNA, namelijk tachtig tot negentig procent van het totaal. Ze binden aan eiwitten en vormen ribosomen - organellen die eiwitten synthetiseren.

Ribosomen zijn vijfenzestig procent rRNA en vijfendertig procent eiwit. Deze polynucleotideketen buigt gemakkelijk mee met het eiwit.

Het ribosoom bestaat uit aminozuur- en peptidegebieden. Ze bevinden zich op contactoppervlakken.

Ribosomen bewegen vrij op de juiste plaatsen. Ze zijn niet erg specifiek en kunnen niet alleen informatie uit i-RNA lezen, maar er ook een sjabloon mee vormen.

Transport ribonucleïnezuur

t-RNA is het meest bestudeerd. Ze vormen tien procent van cellulair ribonucleïnezuur. Deze soorten RNA binden zich dankzij een speciaal enzym aan aminozuren en worden afgegeven aan de ribosomen. In dit geval worden aminozuren gedragen door transportmoleculen. Het komt echter voor dat een aminozuur door verschillende codons wordt gecodeerd. Daarna zullen ze worden overgedragen door verschillende transport-RNA's.

Het krult zich op tot een bal wanneer het inactief is, en wanneer het functioneert, ziet het eruit als een klaverblad.

Daarin worden de volgende gebieden onderscheiden:

• een acceptorstam met een ACC-nucleotidesequentie;
• een plaats voor het verbinden met het ribosoom;
• een anticodon dat codeert voor een aminozuur dat aan dit t-RNA is gehecht.

Minor ribonucleïnezuur

Sinds kort zijn de soorten RNA aangevuld met een nieuwe klasse, de zogenaamde kleine RNA's. Het zijn hoogstwaarschijnlijk universele regulatoren die genen aan- of uitzetten tijdens de embryonale ontwikkeling en die ook processen in cellen regelen.

Ribozymen zijn onlangs ook geïdentificeerd, ze zijn actief betrokken bij de fermentatie van het RNA-zuur, terwijl ze een katalysator zijn.

Virale soorten zuren

Het virus kan ribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur bevatten. Daarom worden ze met de overeenkomstige moleculen RNA-bevattend genoemd. Wanneer zo'n virus de cel binnenkomt, vindt reverse transcriptie plaats - nieuw DNA verschijnt op basis van ribonucleïnezuur, dat in de cellen wordt ingebouwd, waardoor het bestaan ​​​​en de reproductie van het virus wordt gegarandeerd. In een ander geval wordt een complementair RNA gevormd op het ontvangen RNA. Virussen zijn eiwitten, vitale activiteit en voortplanting vindt plaats zonder DNA, maar alleen op basis van informatie in het RNA van het virus.

Replicatie

Om het algemene begrip te verbeteren, is het noodzakelijk om rekening te houden met het proces van replicatie, dat resulteert in het verschijnen van twee identieke nucleïnezuurmoleculen. Zo begint de celdeling.

Het gaat om DNA-polymerasen, DNA-afhankelijke, RNA-polymerasen en DNA-ligasen.

Het replicatieproces bestaat uit de volgende stappen:

• despiralisatie - er is een sequentiële afwikkeling van het DNA van de moeder, dat het hele molecuul vangt;
• verbreken van waterstofbruggen, waarbij de ketens divergeren, en een replicatieve vork verschijnt;
• aanpassing van dNTP's aan de vrijgemaakte basen van de moederketens;
• splitsing van pyrofosfaten van dNTP-moleculen en de vorming van fosforodiesterbindingen door de vrijgekomen energie;
• ademhaling.

Na de vorming van een dochtermolecuul worden de kern, het cytoplasma en de rest verdeeld. Zo worden twee dochtercellen gevormd, die alle genetische informatie volledig hebben ontvangen.

Bovendien wordt de primaire structuur van eiwitten die in de cel worden gesynthetiseerd, gecodeerd. DNA neemt in dit proces een indirecte rol in, en niet direct, die erin bestaat dat het op DNA is dat de synthese van de eiwitten die betrokken zijn bij de vorming van RNA plaatsvindt. Dit proces wordt transcriptie genoemd.

Transcriptie

De synthese van alle moleculen vindt plaats tijdens transcriptie, dat wil zeggen, het herschrijven van genetische informatie van een specifiek DNA-operon. Het proces is in sommige opzichten vergelijkbaar met replicatie, terwijl het er in andere opzichten aanzienlijk van verschilt.

De overeenkomsten zijn de volgende onderdelen:

• begint met despiralisatie van DNA;
• er is een breuk van waterstofbruggen tussen de basen van de ketens;
• NTF's zijn complementair aan hen;
• waterstofbruggen worden gevormd.

Verschillen met replicatie:

• tijdens transcriptie wordt alleen het DNA-gedeelte dat overeenkomt met het transcripton afgewikkeld, terwijl tijdens replicatie het hele molecuul wordt afgewikkeld;
• tijdens transcriptie bevatten de aanpassende NTF's ribose en in plaats van thymine, uracil;
• informatie wordt alleen afgeschreven van een bepaald gebied;
• na de vorming van het molecuul worden waterstofbruggen en de gesynthetiseerde keten verbroken en glijdt de keten van het DNA af.

Voor normaal functioneren zou de primaire structuur van RNA alleen moeten bestaan ​​uit DNA-regio's die van exons zijn afgeschreven.

Het nieuw gevormde RNA begint het rijpingsproces. Stille gebieden worden uitgesneden en informatieve gebieden worden genaaid, waardoor een polynucleotideketen wordt gevormd. Verder heeft elke soort transformaties die er alleen inherent aan zijn.

In i-RNA vindt hechting aan het initiële uiteinde plaats. Het polyadenylaat is gehecht aan de uiteindelijke plaats.

In t-RNA worden basen gemodificeerd, waardoor minder belangrijke soorten worden gevormd.

In r-RNA worden ook individuele basen gemethyleerd.

Bescherm tegen vernietiging en verbeter het transport van eiwitten naar het cytoplasma. RNA in een volwassen staat bindt zich eraan.

De waarde van deoxyribonucleïne- en ribonucleïnezuren

Nucleïnezuren zijn van groot belang in het leven van organismen. Ze slaan informatie op, brengen ze over in het cytoplasma en erven ze informatie over de eiwitten die in elke cel worden gesynthetiseerd naar dochtercellen. Ze zijn aanwezig in alle levende organismen, de stabiliteit van deze zuren speelt een essentiële rol voor het normaal functioneren van zowel cellen als het hele organisme. Elke verandering in hun structuur zal leiden tot cellulaire veranderingen.