Katrs dzīvs organisms mūsu pasaulē ir atšķirīgs. Ne tikai cilvēki atšķiras viens no otra. Atšķirības ir arī vienas sugas dzīvniekiem un augiem. Iemesls tam ir ne tikai atšķirīgie dzīves apstākļi un dzīves pieredze. Tajā ar ģenētiskā materiāla palīdzību tiek noteikta katra organisma individualitāte.
Svarīgi un interesanti jautājumi par nukleīnskābēm
Jau pirms dzimšanas katram organismam ir savs gēnu komplekts, kas nosaka absolūti visas struktūras īpatnības. Tā nav, piemēram, tikai kažoka krāsa vai lapu forma. Svarīgākas īpašības ir noteiktas gēnos. Galu galā, kāmis nevar piedzimt kaķim, un baobabs nevar izaugt no kviešu sēklām.
Un par visu šo milzīgo informācijas daudzumu ir atbildīgas nukleīnskābes – RNS un DNS molekulas. To nozīmi ir ļoti grūti pārvērtēt. Galu galā viņi ne tikai glabā informāciju visas dzīves garumā, bet arī palīdz to realizēt ar proteīnu palīdzību, turklāt nodod to nākamajai paaudzei. Kā viņi to dara, cik sarežģīta ir DNS un RNS molekulu struktūra? Kā tie ir līdzīgi un kādas ir atšķirības? Šajā visā mēsun mēs to izdomāsim nākamajās raksta nodaļās.
Mēs analizēsim visu informāciju pa gabalu, sākot ar pašiem pamatiem. Vispirms uzzināsim, kas ir nukleīnskābes, kā tās tika atklātas, tad runāsim par to uzbūvi un funkcijām. Raksta beigās gaidām RNS un DNS salīdzinošo tabulu, uz kuru varēsiet atsaukties jebkurā laikā.
Kas ir nukleīnskābes
Nukleīnskābes ir organiski savienojumi ar augstu molekulmasu, ir polimēri. 1869. gadā tos pirmo reizi aprakstīja Šveices bioķīmiķis Frīdrihs Mišers. Viņš no strutu šūnām izdalīja vielu, kas satur fosforu un slāpekli. Pieņemot, ka tas atrodas tikai kodolos, zinātnieks to sauca par nukleīnu. Bet to, kas palika pāri pēc olb altumvielu atdalīšanas, sauca par nukleīnskābi.
Tā monomēri ir nukleotīdi. To skaits skābes molekulā katrai sugai ir individuāls. Nukleotīdi ir molekulas, kas sastāv no trim daļām:
- monosaharīds (pentoze), var būt divu veidu - riboze un dezoksiriboze;
- slāpekļa bāze (viena no četrām);
- fosforskābes atlikums.
Tālāk apskatīsim atšķirības un līdzības starp DNS un RNS, apkopos tabula pašā raksta beigās.
Struktūras iezīmes: pentozes
Pati pirmā līdzība starp DNS un RNS ir tā, ka tās satur monosaharīdus. Bet katrai skābei tie ir atšķirīgi. Atkarībā no tā, kura pentoze atrodas molekulā, nukleīnskābes tiek sadalītas DNS un RNS. DNS satur dezoksiribozi, bet RNS saturriboze. Abas pentozes skābēs sastopamas tikai β formā.
Dezoksiribozei nav skābekļa pie otrā oglekļa atoma (apzīmēts kā 2'). Zinātnieki norāda, ka tā trūkums:
- saīsina saikni starp C2 un C3;
- padara DNS molekulu stiprāku;
- rada apstākļus kompaktai DNS iesaiņošanai kodolā.
Ēku salīdzinājums: slāpekļa bāzes
DNS un RNS salīdzinošs raksturojums nav viegls. Taču atšķirības ir redzamas jau pašā sākumā. Slāpekļa bāzes ir vissvarīgākie elementi mūsu molekulās. Viņi nes ģenētisko informāciju. Precīzāk, nevis pašas bāzes, bet to secība ķēdē. Tie ir purīns un pirimidīns.
DNS un RNS sastāvs atšķiras jau monomēru līmenī: dezoksiribonukleīnskābē varam atrast adenīnu, guanīnu, citozīnu un timīnu. Bet RNS timīna vietā satur uracilu.
Šīs piecas bāzes ir galvenās (galvenās), tās veido lielāko daļu nukleīnskābju. Bet bez tiem ir arī citi. Tas notiek ļoti reti, šādas bāzes sauc par nelielām. Abas ir atrodamas abās skābēs - tā ir vēl viena līdzība starp DNS un RNS.
Šo slāpekļa bāzu (un attiecīgi nukleotīdu) secība DNS ķēdē nosaka, kādus proteīnus konkrētā šūna var sintezēt. Kuras molekulas tiks izveidotas konkrētajā brīdī, ir atkarīgas no organisma vajadzībām.
Dodieties uznukleīnskābju organizācijas līmeņi. Lai DNS un RNS salīdzinošās īpašības būtu pēc iespējas pilnīgākas un objektīvākas, mēs apsvērsim katra struktūra. DNS ir četri no tiem, un RNS organizācijas līmeņu skaits ir atkarīgs no tā veida.
DNS struktūras atklāšana, uzbūves principi
Visi organismi ir sadalīti prokariotos un eikariotos. Šīs klasifikācijas pamatā ir kodola konstrukcija. Abiem šūnā ir DNS hromosomu veidā. Tās ir īpašas struktūras, kurās dezoksiribonukleīnskābes molekulas ir saistītas ar olb altumvielām. DNS ir četri organizācijas līmeņi.
Primāro struktūru attēlo nukleotīdu ķēde, kuras secība tiek stingri ievērota katram atsevišķam organismam un kuras savstarpēji savieno fosfodiestera saites. Milzīgus panākumus DNS virkņu struktūras izpētē guva Chargaff un viņa līdzstrādnieki. Viņi noteica, ka slāpekļa bāzu attiecības atbilst noteiktiem likumiem.
Tos sauca par Chargaff noteikumiem. Pirmais no tiem nosaka, ka purīna bāzu summai jābūt vienādai ar pirimidīnu summu. Tas kļūs skaidrs pēc iepazīšanās ar DNS sekundāro struktūru. Otrais noteikums izriet no tā iezīmēm: molārās attiecības A / T un G / C ir vienādas ar vienu. Tas pats noteikums attiecas uz otro nukleīnskābi - tā ir vēl viena līdzība starp DNS un RNS. Tikai otrajā visur timīna vietā ir uracils.
Arī daudzi zinātnieki sāka klasificēt dažādu sugu DNS pēc lielāka bāzu skaita. Ja summa ir "A+T"vairāk nekā "G + C", šādu DNS sauc par AT-tipu. Ja ir otrādi, tad mums ir darīšana ar GC DNS tipu.
Sekundārās struktūras modeli 1953. gadā ierosināja zinātnieki Vatsons un Kriks, un tas joprojām ir vispāratzīts. Modelis ir dubultspirāle, kas sastāv no divām antiparalēlām ķēdēm. Sekundārās struktūras galvenie raksturlielumi ir:
- katras DNS virknes sastāvs ir stingri specifisks sugai;
- saite starp ķēdēm ir ūdeņradis, kas veidojas pēc slāpekļa bāzu komplementaritātes principa;
- polinukleotīdu ķēdes vijas viena ap otru, veidojot labās puses spirāli, ko sauc par "spirāli";
- fosforskābes atlikumi atrodas ārpus spirāles, slāpekļa bāzes atrodas iekšpusē.
Tālāk, blīvāks, cietāks
DNS terciārā struktūra ir superspirēta struktūra. Tas ir, ne tikai divas ķēdes savijas viena ar otru molekulā, lielākai kompaktumam DNS tiek apvilkta ap īpašiem proteīniem - histoniem. Atkarībā no lizīna un arginīna satura tos iedala piecās klasēs.
Pēdējais DNS līmenis ir hromosoma. Lai saprastu, cik cieši tajā ir iesaiņots ģenētiskās informācijas nesējs, iedomājieties sekojošo: ja Eifeļa tornis izietu visas sablīvēšanās stadijas, piemēram, DNS, to varētu ievietot sērkociņu kastītē.
Hromosomas ir vienas (sastāv no viena hromatīda) un dubultas (sastāv no diviem hromatīdiem). Tie nodrošina drošu uzglabāšanuģenētisko informāciju, un, ja nepieciešams, viņi var apgriezties un atvērt piekļuvi vēlamajam apgabalam.
RNS veidi, struktūras pazīmes
Papildus tam, ka jebkura RNS atšķiras no DNS tās primārajā struktūrā (timīna trūkums, uracila klātbūtne), atšķiras arī šādi organizācijas līmeņi:
- Transfer RNS (tRNS) ir vienpavedienu molekula. Lai pildītu savu aminoskābju transportēšanas funkciju uz olb altumvielu sintēzes vietu, tai ir ļoti neparasta sekundārā struktūra. To sauc par "āboliņu". Katra no tās cilpām pilda savu funkciju, bet vissvarīgākie ir akceptora stumbrs (tam pielīp aminoskābe) un antikodons (kam jāsakrīt ar kodonu uz messenger RNS). tRNS terciārā struktūra ir maz pētīta, jo ir ļoti grūti izolēt šādu molekulu, netraucējot augstajam organizācijas līmenim. Bet zinātniekiem ir zināma informācija. Piemēram, raugā pārneses RNS ir veidota kā burts L.
- Messenger RNS (saukta arī par informatīvo) veic informācijas pārnešanas funkciju no DNS uz proteīnu sintēzes vietu. Viņa stāsta, kāds proteīns beigās izrādīsies, pa to sintēzes procesā pārvietojas ribosomas. Tās primārā struktūra ir vienpavedienu molekula. Sekundārā struktūra ir ļoti sarežģīta, nepieciešama, lai pareizi noteiktu olb altumvielu sintēzes sākumu. mRNS ir salocīta matadatu veidā, kuru galos ir vietas proteīna apstrādes sākumam un beigām.
- Ribosomu RNS ir atrodama ribosomās. Šīs organellas sastāv no divām apakšdaļiņām, no kurām katrasatur savu rRNS. Šī nukleīnskābe nosaka visu ribosomu proteīnu un šīs organellas funkcionālo centru izvietojumu. RRNS primāro struktūru attēlo nukleotīdu secība, tāpat kā iepriekšējās skābes šķirnēs. Ir zināms, ka rRNS locīšanas pēdējais posms ir vienas virknes gala sekciju savienošana pārī. Šādu kātu veidošanās sniedz papildu ieguldījumu visas struktūras blīvēšanā.
DNS funkcijas
Dezoksiribonukleīnskābe darbojas kā ģenētiskās informācijas krātuve. Tieši tā nukleotīdu secībā ir “paslēptas” visas mūsu ķermeņa olb altumvielas. DNS tie ir ne tikai uzglabāti, bet arī labi aizsargāti. Un pat ja kopēšanas laikā radīsies kļūda, tā tiks izlabota. Tādējādi viss ģenētiskais materiāls tiks saglabāts un sasniegs pēcnācējus.
Lai nodotu informāciju pēcnācējiem, DNS ir iespēja dubultoties. Šo procesu sauc par replikāciju. RNS un DNS salīdzinošā tabula mums parādīs, ka cita nukleīnskābe to nevar izdarīt. Bet tam ir daudzas citas funkcijas.
RNS funkcijas
Katram RNS veidam ir sava funkcija:
- Transportēšanas ribonukleīnskābe nogādā aminoskābes ribosomās, kur no tām pārvēršas olb altumvielas. tRNS ne tikai nes būvmateriālus, bet arī ir iesaistīta kodonu atpazīšanā. Un tas, cik pareizi proteīns tiks veidots, ir atkarīgs no tā darba.
- Ziņojumu RNS nolasa informāciju noDNS un nogādā to olb altumvielu sintēzes vietā. Tur tas pievienojas ribosomai un nosaka aminoskābju secību proteīnā.
- Ribosomu RNS nodrošina organellu struktūras integritāti, regulē visu funkcionālo centru darbu.
Lūk, vēl viena līdzība starp DNS un RNS: tās abas rūpējas par ģenētisko informāciju, ko šūna nes.
DNS un RNS salīdzinājums
Lai sakārtotu visu iepriekš minēto informāciju, pierakstīsim to visu tabulā.
| DNS | RNA | |
| Būra atrašanās vieta | Kodols, hloroplasti, mitohondriji | Kodols, hloroplasti, mitohondriji, ribosomas, citoplazma |
| Monomērs | Dezoksiribonukleotīdi | Ribonukleotīdi |
| Struktūra | Divpavedienu spirāle | Viena ķēde |
| Nukleotīdi | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Funkcijas | Stabils, spēj replikēt | Labile, nevar dubultot |
| Funkcijas | Ģenētiskās informācijas glabāšana un pārraide | Iedzimtas informācijas (mRNS), strukturālo funkciju (rRNS, mitohondriju RNS) nodošana, līdzdalība proteīnu sintēzē (mRNS, tRNS, rRNS) |
Tādējādi mēs īsi runājām par līdzībām starp DNS un RNS. Tabula būs neaizstājams palīgs eksāmenā vai vienkāršs atgādinājums.
Papildus tam, ko mēs jau uzzinājām iepriekš, tabulā parādījās vairāki fakti. Piemēram, DNS spējadublēšanās ir nepieciešama šūnu dalīšanai, lai abas šūnas pilnībā saņemtu pareizo ģenētisko materiālu. Savukārt RNS dubultošanai nav jēgas. Ja šūnai nepieciešama cita molekula, tā to sintezē no DNS veidnes.
DNS un RNS īpašības izrādījās īsas, taču mēs apskatījām visas struktūras un funkciju iezīmes. Ļoti interesants ir tulkošanas process – proteīnu sintēze. Iepazīstoties ar to, kļūst skaidrs, cik lielu lomu šūnas dzīvē spēlē RNS. Un DNS dublēšanās process ir ļoti aizraujošs. Ko vērts salauzt dubultspirāli un nolasīt katru nukleotīdu!
Katru dienu iemācieties kaut ko jaunu. It īpaši, ja šī jaunā lieta notiek katrā jūsu ķermeņa šūnā.
