Genetyka jest ważną dziedziną biologii i aby ją lepiej zrozumieć, należy poznać pojęcia, funkcje, zastosowania i różnice między DNA i RNA, dwoma kwasami nukleinowymi niezbędnymi do powstania i reprodukcji życia.
Co to jest DNA?
DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) jest materiałem genomowym komórek, czyli zawiera informację genetyczną wykorzystywaną w rozwoju i funkcjonowaniu wszystkich znanych organizmów żywych. DNA, obok RNA i białek, jest jedną z trzech głównych makrocząsteczek niezbędnych do życia.
Większość DNA znajduje się w jądrze, choć niewielka jego ilość może znajdować się w mitochondriach (mitochondrialne DNA).Wewnątrz jądra komórek eukariotycznych DNA jest zorganizowane w struktury zwane chromosomy Kompletny zestaw chromosomów w komórce tworzy jej genom Genom człowieka zawiera około 3 miliardów par zasad DNA, zorganizowanych w 46 chromosomach. Informacja przenoszona przez DNA jest przechowywana w sekwencji fragmentów DNA zwanych genami.
Struktura DNA
Cząsteczka DNA zbudowana jest z trzech substancji chemicznych: zasad azotowych, zwanych Adenina (A) , Tymina (T) , Cytozyna (C) e Guanina (G) ; a pentoza który jest cukrem o cząsteczkach składających się z pięciu atomów węgla; oraz fosforan rodnik kwasu fosforowego.
Dwie nici tworzące DNA toczą się po sobie, łącząc się poprzez mostki wodorowe, które powstają pomiędzy czterema zasadami azotowymi nukleotydów.Zasady azotowe mają jeden lub dwa pierścienie, w których znajdują się atomy azotu, i dzielą się na dwie grupy: pirymidyny e puryny .
Pirymidyny mają tylko jeden pierścień złożony z sześciu atomów, który składa się z węgla i azotu. Natomiast puryny mają dwa pierścienie: pierścień złożony z sześciu atomów stopiony z pierścieniem o pasie atomów. Cytozyna © i tymina (T) to pirymidyny, natomiast adenina (A) i guanina (G) to puryny. Pomiędzy parami zasad: A-T i C-G tworzą się mostki wodorowe, czyli adenina z tyminąi Cytozyna z Guaniną.
Funkcje DNA
Jak już powiedzieliśmy, DNA jest niezwykle ważne dla istot żywych, ponieważ przechowuje i przekazuje informacje genetyczne.
DNA pełni również funkcję szablonu do syntezy cząsteczki RNA. DNA jest więc kluczowe dla syntezy białek, ponieważ zawiera informacje, które nakazują syntezę RNA, a RNA z kolei koordynuje produkcję tych polipeptydów.
DNA i RNA: struktury
Co to jest RNA?
Podobnie jak DNA, RNA jest kwasem nukleinowym, w tym przypadku kwasem rybonukleinowym. Cząsteczka ta jest kluczowa w syntezie białek, ponieważ funkcjonuje jako mediator zdolny do wyrażenia informacji obecnej w DNA. Cząsteczka RNA powstaje z cząsteczki DNA w procesie zwanym transkrypcją, który zobaczymy bardziej szczegółowo.
Struktura RNA
RNA zbudowany jest z łańcucha nukleotydów. Każdy nukleotyd składa się z grupy fosforanowej, cukru i zasady azotowej. W RNA cukrem jest ryboza, a zasadami azotowymi adenina, guanina, cytozyna i uracyl. Podobnie jak w DNA, nukleotydy połączone są ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi, czyli mostkami fosforanowymi.
Należy jednak zwrócić uwagę na różnice pomiędzy RNA a DNA. Cukrem występującym w DNA jest deoksyryboza, natomiast w RNA, jak widzieliście powyżej, jest to ryboza. Kolejną ważną różnicą jest fakt, że DNA składa się z podwójnej nici, natomiast RNA tworzy pojedyncza nić. Ponadto uracyl występuje tylko w RNA.
Rodzaje RNA
Wyróżnia się trzy rodzaje RNA:
Messenger RNA (mRNA)
Messenger RNA jest odpowiedzialny za kodowanie białek, ponieważ przenosi informacje z DNA. W uproszczeniu, to właśnie mRNA jest tłumaczone w procesie powstawania białka.
Transporter RNA (tRNA)
Zwany również transportowym RNA odpowiada za przenoszenie aminokwasów, które utworzą nowe białko. tRNA identyfikuje sekwencję trzech nukleotydów kodujących aminokwas (kodon) i zapewnia, że aminokwas odpowiadający tej informacji zostanie dodany do tworzonego łańcucha.
Ribosomalne RNA (rRNA)
Ribosomalne RNA tworzy rybosomy, czyli miejsca, w których odbywa się synteza białek. Ponadto około 80% RNA obecnego w komórce jest tego typu.
Replikacja i transkrypcja DNA
A podział komórki Replikacja DNA musi nastąpić, aby niezawodnie przekazać materiał genetyczny komórkom potomnym.
Aby proces replikacji mógł zajść, DNA jest częściowo odwijane, więc rozpoczyna się synteza nowej nici, wychodząc od istniejącej nici DNA. Proces ten jest uważany za półkonserwatywny, wszak powstałe nowe DNA przedstawia nić oryginalnego DNA, ale i nową.
Przechodząc do procesu transkrypcji, DNA jest wykorzystywane do tworzenia cząsteczki RNA. W tym działaniu DNA otwiera się w jednym punkcie, a jedna z nici jest wykorzystywana jako szablon do syntezy RNA. W miarę transkrypcji RNA, DNA ponownie się zamyka.
Transkrypcja z DNA na RNA
Teraz zrozummy lepiej, jak zachodzi transkrypcja z DNA do RNA.
Rozpoznanie nici szablonu DNA
Najpierw polimerazy DNA i RNA (enzymy katalizujące reakcję) są wolne w komórce i mogą się przypadkowo spotkać, ale transkrypcja rozpoczyna się dopiero wtedy, gdy enzym znajdzie i zwiąże nić szablonową DNA. Gdy tak się stanie, podwójna helisa zostaje rozwinięta, a nici rozdzielone.
Początek transkrypcji
Następnie polimeraza związana z nicią rozpoczyna proces transkrypcji poprzez dodanie pierwszych dziewięciu nukleotydów sekwencji RNA. Faza ta nazywana jest fazą inicjacji.
Wydłużenie
Wkrótce po wytworzeniu około dziewięciu nukleotydów, polimeraza RNA zaczyna wypierać się cząsteczki DNA, odwijając jej helisę i wytwarzając cząsteczkę RNA, coraz bardziej wydłużoną. Przepisany już DNA zostaje ponownie, niemal natychmiast, zwinięty, ponownie komponując swoją podwójną helisę. Proces ten nazywany jest fazą wydłużania.
Koniec
Gdy polimeraza RNA napotka sekwencję terminacji, RNA przestaje być transkrybowane. Od tego momentu do RNA nie są włączane kolejne zasady azotowe. Sekwencja DNA zawierająca geny sygnału terminacji nazywa się region terminatora .