Je dobre známe, že všetky formy živej hmoty, od vírusov až po vysoko organizované zvieratá (vrátane ľudí), majú jedinečný dedičný aparát. Predstavujú ho molekuly dvoch typov nukleových kyselín: deoxyribonukleovej a ribonukleovej. V týchto organických látkach je zakódovaná informácia, ktorá sa prenáša z rodičovských jedincov na potomkov počas rozmnožovania. V tejto práci budeme študovať štruktúru a funkcie DNA a RNA v bunke a tiež zvážime mechanizmy, ktoré sú základom procesov prenosu dedičných vlastností živej hmoty.
Ako sa ukázalo, vlastnosti nukleových kyselín, hoci majú niektoré spoločné črty, sa v mnohom líšia. Preto porovnáme funkcie DNA a RNA, ktoré tieto biopolyméry vykonávajú v bunkách rôznych skupín organizmov. Tabuľka uvedená v práci pomôže pochopiť, aký je ich zásadný rozdiel.
Nukleové kyseliny –komplexné biopolyméry
Objavy v oblasti molekulárnej biológie, ku ktorým došlo na začiatku 20. storočia, najmä dekódovanie štruktúry kyseliny deoxyribonukleovej, poslúžili ako impulz pre rozvoj modernej cytológie, genetiky, biotechnológie a genetiky strojárstvo. Z hľadiska organickej chémie sú DNA a RNA makromolekulárne látky pozostávajúce z opakovane sa opakujúcich jednotiek – monomérov, nazývaných aj nukleotidy. Je známe, že sú navzájom prepojené a vytvárajú reťazce schopné priestorovej sebaorganizácie.
Takéto makromolekuly DNA sa často viažu na špeciálne proteíny so špeciálnymi vlastnosťami nazývané históny. Nukleoproteínové komplexy tvoria špeciálne štruktúry - nukleozómy, ktoré sú zase súčasťou chromozómov. Nukleové kyseliny možno nájsť v jadre aj v cytoplazme bunky, prítomné v niektorých jej organelách, ako sú mitochondrie alebo chloroplasty.
Priestorová štruktúra substancie dedičnosti
Ak chcete pochopiť funkcie DNA a RNA, musíte podrobne porozumieť vlastnostiam ich štruktúry. Podobne ako proteíny, aj nukleové kyseliny majú niekoľko úrovní organizácie makromolekúl. Primárna štruktúra je reprezentovaná polynukleotidovými reťazcami, sekundárne a terciárne konfigurácie sú samokomplikované v dôsledku vznikajúceho kovalentného typu väzby. Špeciálnu úlohu pri udržiavaní priestorového tvaru molekúl majú vodíkové väzby, ako aj van der Waalsove sily interakcie. Výsledkom je kompaktštruktúra DNA, nazývaná supercoil.
monoméry nukleových kyselín
Štruktúra a funkcie DNA, RNA, proteínov a iných organických polymérov závisia od kvalitatívneho aj kvantitatívneho zloženia ich makromolekúl. Oba typy nukleových kyselín sú tvorené stavebnými blokmi nazývanými nukleotidy. Ako je známe z priebehu chémie, štruktúra látky nevyhnutne ovplyvňuje jej funkcie. DNA a RNA nie sú výnimkou. Ukazuje sa, že samotný typ kyseliny a jej úloha v bunke závisí od zloženia nukleotidov. Každý monomér obsahuje tri časti: dusíkatú zásadu, uhľohydrát a zvyšok kyseliny fosforečnej. Existujú štyri typy dusíkatých báz pre DNA: adenín, guanín, tymín a cytozín. V molekulách RNA to budú adenín, guanín, cytozín a uracil. Sacharidy predstavujú rôzne druhy pentózy. Ribonukleová kyselina obsahuje ribózu, zatiaľ čo DNA obsahuje jej deoxygenovanú formu nazývanú deoxyribóza.
Vlastnosti kyseliny deoxyribonukleovej
Najprv sa pozrieme na štruktúru a funkcie DNA. RNA, ktorá má jednoduchšiu priestorovú konfiguráciu, budeme študovať v ďalšej časti. Takže dva polynukleotidové vlákna sú držané pohromade opakovane sa opakujúcimi vodíkovými väzbami vytvorenými medzi dusíkatými bázami. V páre „adenín – tymín“sú dve a v páre „guanín – cytozín“sú tri vodíkové väzby.
Konzervatívna zhoda purínových a pyrimidínových báz bolaobjavil E. Chargaff a nazýval sa princípom komplementarity. V jednom reťazci sú nukleotidy spojené fosfodiesterovými väzbami vytvorenými medzi pentózou a zvyškom kyseliny ortofosforečnej susedných nukleotidov. Skrutkovitá forma oboch reťazcov je udržiavaná vodíkovými väzbami, ktoré sa vyskytujú medzi atómami vodíka a kyslíka, ktoré sú súčasťou nukleotidov. Vyššia - terciárna štruktúra (supercoil) - je charakteristická pre jadrovú DNA eukaryotických buniek. V tejto forme je prítomný v chromatíne. Avšak baktérie a vírusy obsahujúce DNA majú deoxyribonukleovú kyselinu, ktorá nie je spojená s proteínmi. Je reprezentovaný prstencovou formou a nazýva sa plazmid.
DNA mitochondrií a chloroplastov, organel rastlinných a živočíšnych buniek, má rovnaký vzhľad. Ďalej zistíme, ako sa navzájom líšia funkcie DNA a RNA. Nižšie uvedená tabuľka nám ukáže tieto rozdiely v štruktúre a vlastnostiach nukleových kyselín.
Kyselina ribonukleová
Molekula RNA pozostáva z jedného polynukleotidového vlákna (výnimkou sú dvojvláknové štruktúry niektorých vírusov), ktoré sa môžu nachádzať tak v jadre, ako aj v bunkovej cytoplazme. Existuje niekoľko typov ribonukleových kyselín, ktoré sa líšia štruktúrou a vlastnosťami. Messengerová RNA má teda najvyššiu molekulovú hmotnosť. Je syntetizovaný v bunkovom jadre na jednom z génov. Úlohou mRNA je preniesť informácie o zložení proteínu z jadra do cytoplazmy. Transportná forma nukleovej kyseliny pripája proteínové monoméry– aminokyseliny – a dodáva ich na miesto biosyntézy.
Nakoniec, ribozomálna RNA sa tvorí v jadierku a podieľa sa na syntéze bielkovín. Ako vidíte, funkcie DNA a RNA v bunkovom metabolizme sú rôznorodé a veľmi dôležité. Budú závisieť predovšetkým od buniek, ktorých organizmy obsahujú molekuly látky dedičnosti. Takže vo vírusoch môže kyselina ribonukleová pôsobiť ako nosič dedičnej informácie, zatiaľ čo v bunkách eukaryotických organizmov má túto schopnosť iba kyselina deoxyribonukleová.
Funkcie DNA a RNA v tele
Nukleové kyseliny sú podľa svojho významu spolu s bielkovinami najdôležitejšími organickými zlúčeninami. Zachovávajú a prenášajú dedičné vlastnosti a črty z rodiča na potomstvo. Definujme rozdiel medzi funkciami DNA a RNA. V tabuľke nižšie sú uvedené rozdiely podrobnejšie.
| Zobraziť | Umiestniť do klietky | Konfigurácia | Funkcia |
| DNA | core | superspiral | uchovanie a prenos dedičných informácií |
| DNA |
mitochondrie chloroplasty |
kruhový (plazmid) | miestny prenos dedičných informácií |
| iRNA | cytoplazma | linear | odstránenie informácií z génu |
| tRNA | cytoplazma | sekundárne | transport aminokyselín |
| rRNA | core andcytoplazma | linear | tvorba ribozómov |
Aké sú charakteristiky podstaty dedičnosti vírusov?
Nukleové kyseliny vírusov môžu byť vo forme jednovláknových aj dvojvláknových helixov alebo kruhov. Podľa klasifikácie D. B altimora tieto objekty mikrokozmu obsahujú molekuly DNA pozostávajúce z jedného alebo dvoch reťazcov. Do prvej skupiny patria herpetické patogény a adenovírusy a do druhej patria napríklad parvovírusy.
Funkciou DNA a RNA vírusov je preniknúť ich vlastnou dedičnou informáciou do bunky, uskutočniť replikačné reakcie molekúl vírusovej nukleovej kyseliny a zostaviť proteínové častice v ribozómoch hostiteľskej bunky. Výsledkom je, že celý bunkový metabolizmus je úplne podriadený parazitom, ktoré pri rýchlom množení vedú bunku k smrti.
RNA vírusy
Vo virológii je zvykom rozdeliť tieto organizmy do niekoľkých skupín. Prvý teda zahŕňa druhy, ktoré sa nazývajú jednovláknová (+) RNA. Ich nukleová kyselina plní rovnaké funkcie ako messengerová RNA eukaryotických buniek. Ďalšia skupina zahŕňa jednovláknové (-) RNA. Najprv dochádza k transkripcii ich molekúl, čo vedie k objaveniu sa molekúl (+) RNA a tie slúžia ako šablóna na zostavenie vírusových proteínov.
Na základe vyššie uvedeného sú pre všetky organizmy, vrátane vírusov, funkcie DNA a RNA stručne charakterizované nasledovne: uchovávanie dedičných charakteristík a vlastností organizmu a ich ďalší prenos na potomstvo.
