Dobrze wiadomo, że wszystkie formy żywej materii, od wirusów po wysoce zorganizowane zwierzęta (w tym ludzi), mają unikalny aparat dziedziczny. Jest reprezentowany przez cząsteczki dwóch rodzajów kwasów nukleinowych: dezoksyrybonukleinowego i rybonukleinowego. W tych substancjach organicznych zakodowana jest informacja, która jest przekazywana od osobników rodzicielskich do potomstwa podczas reprodukcji. W tej pracy zbadamy zarówno strukturę, jak i funkcje DNA i RNA w komórce, a także rozważymy mechanizmy leżące u podstaw procesów przenoszenia dziedzicznych właściwości żywej materii.
Jak się okazało, właściwości kwasów nukleinowych, choć mają pewne wspólne cechy, różnią się jednak pod wieloma względami. Porównamy zatem funkcje DNA i RNA realizowane przez te biopolimery w komórkach różnych grup organizmów. Przedstawiona w pracy tabela pomoże zrozumieć, na czym polega ich zasadnicza różnica.
Kwasy nukleinowe –złożone biopolimery
Odkrycia w dziedzinie biologii molekularnej, które miały miejsce na początku XX wieku, w szczególności rozszyfrowanie struktury kwasu dezoksyrybonukleinowego, stały się impulsem do rozwoju nowoczesnej cytologii, genetyki, biotechnologii i genetyki Inżynieria. Z punktu widzenia chemii organicznej DNA i RNA to substancje wielkocząsteczkowe składające się z powtarzających się jednostek - monomerów, zwanych też nukleotydami. Wiadomo, że są one ze sobą połączone, tworząc łańcuchy zdolne do przestrzennej samoorganizacji.
Takie makrocząsteczki DNA często wiążą się ze specjalnymi białkami o specjalnych właściwościach, zwanych histonami. Kompleksy nukleoproteinowe tworzą specjalne struktury - nukleosomy, które z kolei są częścią chromosomów. Kwasy nukleinowe można znaleźć zarówno w jądrze, jak i w cytoplazmie komórki, obecne w niektórych jej organellach, takich jak mitochondria czy chloroplasty.
Struktura przestrzenna substancji dziedziczności
Aby zrozumieć funkcje DNA i RNA, musisz szczegółowo poznać cechy ich struktury. Podobnie jak białka, kwasy nukleinowe mają kilka poziomów organizacji makrocząsteczek. Struktura pierwotna jest reprezentowana przez łańcuchy polinukleotydowe, konfiguracje drugorzędowe i trzeciorzędowe są samo-skomplikowane ze względu na powstający typ wiązania kowalencyjnego. Szczególną rolę w utrzymaniu przestrzennego kształtu cząsteczek odgrywają wiązania wodorowe, a także siły oddziaływania van der Waalsa. Rezultatem jest kompaktowystruktura DNA, zwana supercewką.
Monomery kwasu nukleinowego
Struktura i funkcje DNA, RNA, białek i innych polimerów organicznych zależą zarówno od jakościowego, jak i ilościowego składu ich makrocząsteczek. Oba rodzaje kwasów nukleinowych składają się z cegiełek zwanych nukleotydami. Jak wiadomo z przebiegu chemii, struktura substancji nieodzownie wpływa na jej funkcje. DNA i RNA nie są wyjątkiem. Okazuje się, że sam rodzaj kwasu i jego rola w komórce zależą od składu nukleotydów. Każdy monomer zawiera trzy części: zasadę azotową, węglowodan i resztę kwasu fosforowego. Istnieją cztery rodzaje zasad azotowych DNA: adenina, guanina, tymina i cytozyna. W cząsteczkach RNA będą to odpowiednio adenina, guanina, cytozyna i uracyl. Węglowodany są reprezentowane przez różne rodzaje pentoz. Kwas rybonukleinowy zawiera rybozę, podczas gdy DNA zawiera jej odtlenioną formę, zwaną dezoksyrybozą.
Cechy kwasu dezoksyrybonukleinowego
Najpierw przyjrzymy się strukturze i funkcjom DNA. RNA, które ma prostszą konfigurację przestrzenną, będzie przez nas badane w następnej sekcji. Tak więc dwie nici polinukleotydowe są utrzymywane razem przez powtarzające się wiązania wodorowe utworzone między zasadami azotowymi. W parze „adenina – tymina” występują dwa, a w parze „guanina – cytozyna” trzy wiązania wodorowe.
Konserwatywna korespondencja zasad purynowych i pirymidynowych byłaodkryta przez E. Chargaffa i została nazwana zasadą komplementarności. W pojedynczym łańcuchu nukleotydy są połączone ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi utworzonymi między resztą pentozy i kwasu ortofosforowego sąsiednich nukleotydów. Helikalna forma obu łańcuchów jest utrzymywana przez wiązania wodorowe, które występują między atomami wodoru i tlenu, które są częścią nukleotydów. Wyższa - trzeciorzędowa struktura (supercoil) - jest charakterystyczna dla jądrowego DNA komórek eukariotycznych. W tej postaci występuje w chromatynie. Jednak bakterie i wirusy zawierające DNA mają kwas dezoksyrybonukleinowy, który nie jest związany z białkami. Jest reprezentowany przez kształt pierścienia i nazywany jest plazmidem.
DNA mitochondriów i chloroplastów, organelli komórek roślinnych i zwierzęcych, ma ten sam wygląd. Następnie dowiemy się, jak różnią się od siebie funkcje DNA i RNA. Poniższa tabela pokaże nam te różnice w budowie i właściwościach kwasów nukleinowych.
Kwas rybonukleinowy
Cząsteczka RNA składa się z jednej nici polinukleotydowej (wyjątkiem są struktury dwuniciowe niektórych wirusów), która może znajdować się zarówno w jądrze, jak iw cytoplazmie komórki. Istnieje kilka rodzajów kwasów rybonukleinowych, które różnią się budową i właściwościami. Tak więc informacyjny RNA ma najwyższą masę cząsteczkową. Jest syntetyzowany w jądrze komórkowym na jednym z genów. Zadaniem mRNA jest przekazywanie informacji o składzie białka z jądra do cytoplazmy. Forma transportowa kwasu nukleinowego przyłącza monomery białkowe– aminokwasy – i dostarcza je do miejsca biosyntezy.
Na koniec, w jąderku powstaje rybosomalny RNA, który bierze udział w syntezie białek. Jak widać, funkcje DNA i RNA w metabolizmie komórkowym są zróżnicowane i bardzo ważne. Zależą one przede wszystkim od komórek, których organizmy zawierają cząsteczki substancji dziedzicznej. Tak więc w wirusach kwas rybonukleinowy może działać jako nośnik informacji dziedzicznej, podczas gdy w komórkach organizmów eukariotycznych tylko kwas dezoksyrybonukleinowy ma tę zdolność.
Funkcje DNA i RNA w organizmie
Ze względu na ich znaczenie, kwasy nukleinowe wraz z białkami są najważniejszymi związkami organicznymi. Zachowują i przekazują dziedziczne właściwości i cechy z rodzica na potomstwo. Zdefiniujmy różnicę między funkcjami DNA i RNA. Poniższa tabela przedstawia te różnice bardziej szczegółowo.
| Wyświetl | Umieść w klatce | Konfiguracja | Funkcja |
| DNA | rdzeń | superspirala | przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych |
| DNA |
mitochondria chloroplasty |
okrągły (plazmid) | lokalne przekazywanie informacji dziedzicznych |
| iRNA | cytoplazma | liniowy | usunięcie informacji z genu |
| tRNA | cytoplazma | drugorzędny | transport aminokwasów |
| rRNA | rdzeń icytoplazma | liniowy | tworzenie rybosomów |
Jakie są cechy charakterystyczne substancji dziedziczności wirusów?
Kwasy nukleinowe wirusów mogą mieć postać zarówno jednoniciowych, jak i dwuniciowych helis lub pierścieni. Według klasyfikacji D. B altimore'a te obiekty mikrokosmosu zawierają cząsteczki DNA składające się z jednego lub dwóch łańcuchów. Pierwsza grupa obejmuje patogeny opryszczki i adenowirusy, a druga obejmuje np. parwowirusy.
Funkcje wirusów DNA i RNA polegają na wnikaniu ich własnych informacji dziedzicznych do komórki, przeprowadzaniu reakcji replikacji cząsteczek wirusowego kwasu nukleinowego i łączeniu cząsteczek białka w rybosomach komórki gospodarza. W rezultacie cały metabolizm komórkowy jest całkowicie podporządkowany pasożytom, które szybko namnażając prowadzą komórkę do śmierci.
Wirusy RNA
W wirusologii zwyczajowo dzieli się te organizmy na kilka grup. Tak więc pierwszy obejmuje gatunki zwane jednoniciowym (+) RNA. Ich kwas nukleinowy pełni te same funkcje, co informacyjny RNA komórek eukariotycznych. Kolejna grupa obejmuje jednoniciowe (-) RNA. Po pierwsze, wraz z ich cząsteczkami zachodzi transkrypcja, co prowadzi do pojawienia się cząsteczek (+) RNA, a te z kolei służą jako szablon do składania białek wirusowych.
Na podstawie powyższego, dla wszystkich organizmów, w tym wirusów, funkcje DNA i RNA są krótko scharakteryzowane w następujący sposób: przechowywanie dziedzicznych cech i właściwości organizmu oraz ich dalsze przenoszenie na potomstwo.
