Je dobře známo, že všechny formy živé hmoty, od virů po vysoce organizovaná zvířata (včetně lidí), mají jedinečný dědičný aparát. Je reprezentován molekulami dvou typů nukleových kyselin: deoxyribonukleové a ribonukleové. V těchto organických látkách je zakódována informace, která se během rozmnožování přenáší z rodičovských jedinců na potomky. V této práci budeme studovat jak strukturu, tak funkce DNA a RNA v buňce, a také zvážíme mechanismy, které jsou základem procesů přenosu dědičných vlastností živé hmoty.
Jak se ukázalo, vlastnosti nukleových kyselin, přestože mají některé společné rysy, se v mnoha ohledech liší. Proto porovnáme funkce DNA a RNA prováděné těmito biopolymery v buňkách různých skupin organismů. Tabulka uvedená v práci pomůže pochopit, jaký je jejich zásadní rozdíl.
Nukleové kyseliny –komplexní biopolymery
Objevy v oblasti molekulární biologie, ke kterým došlo na počátku 20. století, zejména dekódování struktury deoxyribonukleové kyseliny, posloužily jako impuls pro rozvoj moderní cytologie, genetiky, biotechnologie a genetiky inženýrství. Z hlediska organické chemie jsou DNA a RNA makromolekulární látky skládající se z opakovaně se opakujících jednotek – monomerů, nazývaných také nukleotidy. Je známo, že jsou vzájemně propojeny a tvoří řetězce schopné prostorové sebeorganizace.
Takové makromolekuly DNA se často vážou na speciální proteiny se speciálními vlastnostmi nazývané histony. Nukleoproteinové komplexy tvoří speciální struktury - nukleozomy, které jsou zase součástí chromozomů. Nukleové kyseliny lze nalézt jak v jádře, tak v cytoplazmě buňky, přítomné v některých jejích organelách, jako jsou mitochondrie nebo chloroplasty.
Prostorová struktura substance dědičnosti
Abyste pochopili funkce DNA a RNA, musíte podrobně porozumět rysům jejich struktury. Stejně jako proteiny mají nukleové kyseliny několik úrovní organizace makromolekul. Primární struktura je reprezentována polynukleotidovými řetězci, sekundární a terciární konfigurace jsou samy komplikované díky vznikajícímu kovalentnímu typu vazby. Zvláštní roli při udržování prostorového tvaru molekul mají vodíkové můstky, stejně jako van der Waalsovy síly interakce. Výsledkem je kompaktstruktura DNA, nazývaná supercoil.
Monomery nukleových kyselin
Struktura a funkce DNA, RNA, proteinů a dalších organických polymerů závisí na kvalitativním i kvantitativním složení jejich makromolekul. Oba typy nukleových kyselin se skládají ze stavebních bloků nazývaných nukleotidy. Jak je známo z kurzu chemie, struktura látky nutně ovlivňuje její funkce. DNA a RNA nejsou výjimkou. Ukazuje se, že samotný typ kyseliny a její role v buňce závisí na složení nukleotidů. Každý monomer obsahuje tři části: dusíkatou bázi, sacharid a zbytek kyseliny fosforečné. Pro DNA existují čtyři typy dusíkatých bází: adenin, guanin, thymin a cytosin. V molekulách RNA to budou adenin, guanin, cytosin a uracil. Sacharidy jsou zastoupeny různými druhy pentózy. Ribonukleová kyselina obsahuje ribózu, zatímco DNA obsahuje její deoxygenovanou formu zvanou deoxyribóza.
Vlastnosti deoxyribonukleové kyseliny
Nejprve se podíváme na strukturu a funkce DNA. RNA, která má jednodušší prostorovou konfiguraci, budeme studovat v další části. Dva polynukleotidové řetězce jsou tedy drženy pohromadě opakovaně se opakujícími vodíkovými vazbami vytvořenými mezi dusíkatými bázemi. V páru "adenin - thymin" jsou dvě a v páru "guanin - cytosin" jsou tři vodíkové vazby.
Konzervativní korespondence purinových a pyrimidinových bází bylaobjevil E. Chargaff a byl nazýván principem komplementarity. V jednom řetězci jsou nukleotidy spojeny fosfodiesterovými vazbami vytvořenými mezi pentózou a zbytkem kyseliny ortofosforečné sousedních nukleotidů. Šroubovitá forma obou řetězců je udržována vodíkovými vazbami, které se vyskytují mezi atomy vodíku a kyslíku, které jsou součástí nukleotidů. Vyšší - terciární struktura (supercoil) - je charakteristická pro jadernou DNA eukaryotických buněk. V této formě je přítomen v chromatinu. Nicméně bakterie a viry obsahující DNA mají deoxyribonukleovou kyselinu, která není spojena s proteiny. Je reprezentován prstencovou formou a nazývá se plazmid.
DNA mitochondrií a chloroplastů, organel rostlinných a živočišných buněk, má stejný vzhled. Dále zjistíme, jak se od sebe liší funkce DNA a RNA. Níže uvedená tabulka nám ukáže tyto rozdíly ve struktuře a vlastnostech nukleových kyselin.
Kyselina ribonukleová
Molekula RNA se skládá z jednoho polynukleotidového vlákna (výjimkou jsou dvouvláknové struktury některých virů), které se mohou nacházet jak v jádře, tak v buněčné cytoplazmě. Existuje několik typů ribonukleových kyselin, které se liší strukturou a vlastnostmi. Messenger RNA má tedy nejvyšší molekulovou hmotnost. Je syntetizován v buněčném jádru na jednom z genů. Úkolem mRNA je přenášet informace o složení proteinu z jádra do cytoplazmy. Transportní forma nukleové kyseliny váže proteinové monomery– aminokyseliny – a dodává je na místo biosyntézy.
Nakonec se v jadérku tvoří ribozomální RNA a podílí se na syntéze proteinů. Jak vidíte, funkce DNA a RNA v buněčném metabolismu jsou rozmanité a velmi důležité. Budou záviset především na buňkách, jejichž organismy obsahují molekuly látky dědičnosti. Takže u virů může kyselina ribonukleová fungovat jako nositel dědičné informace, zatímco v buňkách eukaryotických organismů má tuto schopnost pouze kyselina deoxyribonukleová.
Funkce DNA a RNA v těle
Nukleové kyseliny jsou podle svého významu spolu s bílkovinami nejdůležitější organické sloučeniny. Zachovávají a přenášejí dědičné vlastnosti a rysy z rodiče na potomky. Pojďme si definovat rozdíl mezi funkcemi DNA a RNA. Níže uvedená tabulka ukazuje tyto rozdíly podrobněji.
| Zobrazit | Umístit do klece | Konfigurace | Funkce |
| DNA | core | superspiral | uchování a přenos dědičných informací |
| DNA |
mitochondrie chloroplasty |
kruhový (plazmid) | místní přenos dědičných informací |
| iRNA | cytoplazma | lineární | odstranění informací z genu |
| tRNA | cytoplazma | sekundární | transport aminokyselin |
| rRNA | jádro acytoplazma | lineární | tvorba ribozomů |
Jaké jsou vlastnosti podstaty dědičnosti virů?
Nukleové kyseliny virů mohou být ve formě jednořetězcových i dvouřetězcových šroubovic nebo prstenců. Podle klasifikace D. B altimora obsahují tyto objekty mikrokosmu molekuly DNA sestávající z jednoho nebo dvou řetězců. Do první skupiny patří herpetické patogeny a adenoviry a do druhé patří například parvoviry.
Funkce DNA a RNA virů je proniknout vlastní dědičnou informací do buňky, provádět replikační reakce molekul virové nukleové kyseliny a sestavit proteinové částice v ribozomech hostitelské buňky. V důsledku toho je celý buněčný metabolismus zcela podřízen parazitům, kteří při rychlém množení vedou buňku ke smrti.
RNA viry
Ve virologii je zvykem rozdělovat tyto organismy do několika skupin. Takže první zahrnuje druhy, které se nazývají jednovláknová (+) RNA. Jejich nukleová kyselina plní stejné funkce jako messenger RNA eukaryotických buněk. Další skupina zahrnuje jednovláknové (-) RNA. Nejprve dochází k transkripci s jejich molekulami, což vede k objevení se (+) molekul RNA, a ty zase slouží jako šablona pro sestavení virových proteinů.
Na základě výše uvedeného jsou pro všechny organismy, včetně virů, funkce DNA a RNA stručně charakterizovány následovně: ukládání dědičných charakteristik a vlastností organismu a jejich další přenos na potomstvo.
