Jeder lebende Organismus auf unserer Welt ist anders. Nicht nur Menschen unterscheiden sich. Auch Tiere und Pflanzen derselben Art weisen Unterschiede auf. Grund dafür sind nicht nur unterschiedliche Lebensumstände und Lebenserfahrungen. Darin wird mit Hilfe von Erbmaterial die Individualität jedes Organismus festgelegt.
Wichtige und interessante Fragen zu Nukleinsäuren
Schon vor der Geburt hat jeder Organismus seinen eigenen Satz von Genen, der absolut alle strukturellen Merkmale bestimmt. Es ist zum Beispiel nicht nur die Farbe des Fells oder die Form der Blätter. Wichtigere Eigenschaften sind in Genen festgelegt. Schließlich kann kein Hamster von einer Katze geboren werden und ein Affenbrotbaum kann nicht aus Weizensamen wachsen.
Und Nukleinsäuren – RNA- und DNA-Moleküle – sind für all diese riesige Menge an Informationen verantwortlich. Ihre Bedeutung ist sehr schwer zu überschätzen. Schließlich speichern sie Informationen nicht nur ein Leben lang, sie helfen mit Hilfe von Proteinen, diese umzusetzen und geben sie außerdem an die nächste Generation weiter. Wie machen sie das, wie komplex sind die Strukturen der DNA- und RNA-Moleküle? Wie ähneln sie sich und was sind ihre Unterschiede? In all dem wirund wir werden es in den nächsten Kapiteln des Artikels herausfinden.
Wir werden alle Informationen Stück für Stück analysieren, beginnend mit den Grundlagen. Zuerst werden wir lernen, was Nukleinsäuren sind, wie sie entdeckt wurden, dann werden wir über ihre Struktur und Funktion sprechen. Am Ende des Artikels warten wir auf eine Vergleichstabelle von RNA und DNA, auf die Sie jederzeit zurückgreifen können.
Was sind Nukleinsäuren
Nukleinsäuren sind organische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, sind Polymere. 1869 wurden sie erstmals von Friedrich Miescher, einem Schweizer Biochemiker, beschrieben. Aus Eiterzellen isolierte er eine Substanz, die Phosphor und Stickstoff enthält. Unter der Annahme, dass es sich nur in den Kernen befindet, nannte der Wissenschaftler es Nuclein. Aber was nach der Trennung von Proteinen übrig blieb, wurde Nukleinsäure genannt.
Seine Monomere sind Nukleotide. Ihre Anzahl in einem Säuremolekül ist für jede Spezies individuell. Nukleotide sind Moleküle, die aus drei Teilen bestehen:
- Monosaccharid (Pentose), kann von zwei Arten sein - Ribose und Desoxyribose;
- stickstoffh altige Base (eine von vier);
- Phosphorsäurerest.
Als nächstes schauen wir uns die Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen DNA und RNA an, die Tabelle ganz am Ende des Artikels fasst zusammen.
Strukturmerkmale: Pentosen
Die allererste Ähnlichkeit zwischen DNA und RNA besteht darin, dass sie Monosaccharide enth alten. Aber für jede Säure sind sie unterschiedlich. Je nachdem, welche Pentose im Molekül enth alten ist, werden Nukleinsäuren in DNA und RNA unterteilt. DNA enthält Desoxyribose, während RNA enthältRibose. Beide Pentosen kommen in Säuren nur in der β-Form vor.
Desoxyribose hat keinen Sauerstoff am zweiten Kohlenstoffatom (bezeichnet als 2'). Wissenschaftler vermuten, dass seine Abwesenheit:
- kürzt die Verbindung zwischen C2 und C3;
- macht das DNA-Molekül stärker;
- schafft die Voraussetzungen für eine kompakte DNA-Verpackung im Zellkern.
Gebäudevergleich: Stickstoffbasen
Die vergleichende Charakterisierung von DNA und RNA ist nicht einfach. Aber die Unterschiede sind von Anfang an sichtbar. Stickstoffbasen sind die wichtigsten Bausteine unserer Moleküle. Sie tragen die genetische Information. Genauer gesagt nicht die Basen selbst, sondern ihre Reihenfolge in der Kette. Sie sind Purin und Pyrimidin.
Die Zusammensetzung von DNA und RNA unterscheidet sich bereits auf der Ebene der Monomere: In der Desoxyribonukleinsäure finden wir Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. Aber RNA enthält Uracil statt Thymin.
Diese fünf Basen sind die Hauptbasen, sie machen die meisten Nukleinsäuren aus. Aber neben ihnen gibt es noch andere. Dies kommt sehr selten vor, solche Basen werden als Moll bezeichnet. Beide kommen in beiden Säuren vor - dies ist eine weitere Ähnlichkeit zwischen DNA und RNA.
Die Abfolge dieser stickstoffh altigen Basen (und dementsprechend Nukleotide) in der DNA-Kette bestimmt, welche Proteine eine bestimmte Zelle synthetisieren kann. Welche Moleküle zu einem bestimmten Zeitpunkt gebildet werden, hängt von den Bedürfnissen des Körpers ab.
Gehe zuOrganisationsebenen von Nukleinsäuren. Damit die vergleichenden Eigenschaften von DNA und RNA so vollständig und objektiv wie möglich sind, werden wir die Struktur von jedem betrachten. DNA hat vier davon, und die Anzahl der Organisationsebenen in RNA hängt von ihrem Typ ab.
Entdeckung der DNA-Struktur, Strukturprinzipien
Alle Organismen werden in Prokaryoten und Eukaryoten unterteilt. Diese Klassifizierung basiert auf dem Design des Kerns. Beide haben DNA in Form von Chromosomen in der Zelle. Dies sind spezielle Strukturen, in denen Desoxyribonukleinsäure-Moleküle mit Proteinen assoziiert sind. DNA hat vier Organisationsebenen.
Die Primärstruktur wird durch eine Kette von Nukleotiden dargestellt, deren Reihenfolge für jeden einzelnen Organismus streng eingeh alten wird und die durch Phosphodiesterbindungen miteinander verbunden sind. Enorme Erfolge bei der Untersuchung der DNA-Strangstruktur wurden von Chargaff und seinen Mitarbeitern erzielt. Sie stellten fest, dass die Verhältnisse stickstoffh altiger Basen bestimmten Gesetzmäßigkeiten gehorchen.
Sie wurden die Chargaff-Regeln genannt. Die erste besagt, dass die Summe der Purinbasen gleich der Summe der Pyrimidine sein muss. Dies wird deutlich, nachdem Sie sich mit der Sekundärstruktur der DNA vertraut gemacht haben. Die zweite Regel folgt aus ihren Merkmalen: Die Molverhältnisse A / T und G / C sind gleich eins. Die gleiche Regel gilt für die zweite Nukleinsäure – dies ist eine weitere Ähnlichkeit zwischen DNA und RNA. Nur der zweite hat überall Uracil statt Thymin.
Außerdem begannen viele Wissenschaftler, die DNA verschiedener Arten nach einer größeren Anzahl von Basen zu klassifizieren. Wenn die Summe "A+T" istmehr als "G + C", wird eine solche DNA als AT-Typ bezeichnet. Ist es umgekehrt, dann handelt es sich um DNA vom GC-Typ.
Das Sekundärstrukturmodell wurde 1953 von den Wissenschaftlern Watson und Crick vorgeschlagen und ist bis heute allgemein anerkannt. Das Modell ist eine Doppelhelix, die aus zwei antiparallelen Ketten besteht. Die Hauptmerkmale der Sekundärstruktur sind:
- die Zusammensetzung jedes DNA-Strangs ist streng artspezifisch;
- die Bindung zwischen den Ketten ist Wasserstoff, gebildet nach dem Prinzip der Komplementarität stickstoffh altiger Basen;
- Polynukleotidketten wickeln sich umeinander und bilden eine rechtsgängige Helix namens "Helix";
- Phosphorsäurereste befinden sich außerhalb der Helix, stickstoffh altige Basen innen.
Weiter, dichter, härter
Die Tertiärstruktur der DNA ist eine Supercoiled-Struktur. Das heißt, in einem Molekül verdrehen sich nicht nur zwei Ketten miteinander, für eine größere Kompaktheit wird die DNA um spezielle Proteine gewickelt - Histone. Sie werden je nach Lysin- und Arginingeh alt in fünf Klassen eingeteilt.
Die letzte DNA-Ebene ist das Chromosom. Um zu verstehen, wie eng der Träger der genetischen Information darin verpackt ist, stellen Sie sich Folgendes vor: Wenn der Eiffelturm alle Stadien der Verdichtung durchlaufen würde, könnte er wie die DNA in eine Streichholzschachtel gelegt werden.
Chromosomen sind einfach (bestehen aus einem Chromatid) und doppelt (bestehen aus zwei Chromatiden). Sie sorgen für eine sichere Aufbewahrunggenetische Informationen, und wenn nötig, können sie sich umdrehen und den Zugang zum gewünschten Bereich öffnen.
Arten von RNA, Strukturmerkmale
Neben der Tatsache, dass sich jede RNA von der DNA in ihrer Primärstruktur unterscheidet (Fehlen von Thymin, Vorhandensein von Uracil), unterscheiden sich auch die folgenden Organisationsebenen:
- Transfer-RNA (tRNA) ist ein einzelsträngiges Molekül. Um seine Funktion, Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese zu transportieren, erfüllen zu können, besitzt es eine sehr ungewöhnliche Sekundärstruktur. Es heißt „Kleeblatt“. Jede ihrer Schleifen erfüllt ihre eigene Funktion, aber die wichtigsten sind der Akzeptorstamm (eine Aminosäure haftet daran) und das Anticodon (das mit dem Codon auf der Boten-RNA übereinstimmen muss). Die Tertiärstruktur der tRNA wurde wenig untersucht, da es sehr schwierig ist, ein solches Molekül zu isolieren, ohne den hohen Organisationsgrad zu stören. Aber Wissenschaftler haben einige Informationen. Beispielsweise hat die Transfer-RNA in Hefe die Form des Buchstabens L.
- Messenger-RNA (auch als Information bezeichnet) hat die Funktion, Informationen von der DNA zum Ort der Proteinsynthese zu übertragen. Sie erzählt, was für ein Protein am Ende herauskommen wird, Ribosomen bewegen sich im Prozess der Synthese daran entlang. Seine Primärstruktur ist ein einzelsträngiges Molekül. Die Sekundärstruktur ist sehr komplex, notwendig für die korrekte Bestimmung des Beginns der Proteinsynthese. mRNA ist in Form von Haarnadeln gef altet, an deren Enden sich Stellen für den Beginn und das Ende der Proteinverarbeitung befinden.
- Ribosomale RNA kommt in Ribosomen vor. Diese Organellen bestehen aus jeweils zwei Unterpartikelnbeherbergt seine eigene rRNA. Diese Nukleinsäure bestimmt die Platzierung aller ribosomalen Proteine und funktionellen Zentren dieser Organelle. Die Primärstruktur der rRNA wird durch eine Sequenz von Nukleotiden dargestellt, wie bei früheren Säurearten. Es ist bekannt, dass das Endstadium der rRNA-F altung die Paarung der Endabschnitte eines Strangs ist. Die Bildung solcher Blattstiele trägt zusätzlich zur Verdichtung der Gesamtstruktur bei.
DNA-Funktionen
Desoxyribonukleinsäure fungiert als Aufbewahrungsort für genetische Informationen. In der Abfolge seiner Nukleotide sind alle Proteine unseres Körpers „versteckt“. In der DNA sind sie nicht nur gespeichert, sondern auch gut geschützt. Und selbst wenn beim Kopieren ein Fehler auftritt, wird dieser korrigiert. Somit bleibt alles genetische Material erh alten und gelangt zu den Nachkommen.
Um Informationen an Nachkommen weiterzugeben, hat die DNA die Fähigkeit, sich zu verdoppeln. Dieser Vorgang wird Replikation genannt. Eine Vergleichstabelle von RNA und DNA wird uns zeigen, dass eine andere Nukleinsäure dies nicht kann. Aber es hat noch viele andere Funktionen.
RNA-Funktionen
Jeder RNA-Typ hat seine eigene Funktion:
- Transport-Ribonukleinsäure transportiert Aminosäuren zu den Ribosomen, wo sie zu Proteinen verarbeitet werden. tRNA bringt nicht nur Baumaterial, sie ist auch an der Codon-Erkennung beteiligt. Und wie korrekt das Protein aufgebaut wird, hängt von seiner Arbeit ab.
- Message RNA liest Informationen ausDNA und transportiert sie zum Ort der Proteinsynthese. Dort heftet es sich an das Ribosom und bestimmt die Reihenfolge der Aminosäuren im Protein.
- Ribosomale RNA sichert die Integrität der Organellenstruktur und reguliert die Arbeit aller funktionellen Zentren.
Hier ist eine weitere Ähnlichkeit zwischen DNA und RNA: Beide kümmern sich um die genetische Information, die die Zelle trägt.
Vergleich von DNA und RNA
Um alle oben genannten Informationen zu organisieren, schreiben wir sie alle in eine Tabelle.
| DNA | RNA | |
| Käfigstandort | Zellkern, Chloroplasten, Mitochondrien | Zellkern, Chloroplasten, Mitochondrien, Ribosomen, Zytoplasma |
| Monomer | Desoxyribonukleotide | Ribonukleotide |
| Struktur | Doppelsträngige Helix | Einzelkette |
| Nukleotide | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Funktionen | Stabil, replizierbar | Labile, kann nicht verdoppeln |
| Funktionen | Speicherung und Übertragung genetischer Informationen | Übertragung von Erbinformationen (mRNA), strukturelle Funktion (rRNA, mitochondriale RNA), Beteiligung an der Proteinsynthese (mRNA, tRNA, rRNA) |
Daher sprachen wir kurz über die Ähnlichkeiten zwischen DNA und RNA. Die Tabelle wird ein unverzichtbarer Helfer in der Prüfung oder eine einfache Erinnerung sein.
Zusätzlich zu dem, was wir bereits früher gelernt haben, tauchten in der Tabelle mehrere Fakten auf. Zum Beispiel die Fähigkeit der DNADie Vervielfältigung ist für die Zellteilung notwendig, damit beide Zellen das richtige Erbgut vollständig erh alten. Während für RNA eine Verdoppelung keinen Sinn macht. Wenn eine Zelle ein anderes Molekül benötigt, synthetisiert sie es aus der DNA-Vorlage.
Die Eigenschaften von DNA und RNA stellten sich als kurz heraus, aber wir haben alle Merkmale der Struktur und Funktionen behandelt. Der Prozess der Übersetzung – Proteinsynthese – ist sehr interessant. Nach dem Kennenlernen wird deutlich, welch große Rolle die RNA im Leben einer Zelle spielt. Und der Prozess der DNA-Duplikation ist sehr aufregend. Was ist es wert, die Doppelhelix zu brechen und jedes Nukleotid zu lesen!
Lerne jeden Tag etwas Neues. Vor allem, wenn diese neue Sache in jeder Zelle deines Körpers passiert.
