Was Sie lernen werden: Diskutieren Sie Nukleinsäuren und die Rolle, die sie in DNA und RNA spielen
Menschen haben zwei Arten von Nukleinsäuren in ihrem Körper: DNA und RNA. Diese Moleküle enthalten die Anweisungen für unsere Zellen: Sie bestimmen, wer und was wir sind. Aber was macht unsere DNA aus?
Abbildung 1. Finde die Unterschiede zwischen DNA und RNA
In diesem Artikel lernen wir die Komponenten von DNA und RNA kennen und erhalten eine kurze Einführung in ihre Funktionsweise.
Lernergebnisse
- Beschreiben Sie die Grundstruktur von Nukleinsäuren
- Vergleichen und kontrastieren Sie die Struktur von DNA und RNA
Struktur von Nukleinsäuren
Nukleinsäuren sind Schlüsselmakromoleküle in der Kontinuität des Lebens. Sie tragen den genetischen Bauplan einer Zelle und Anweisungen für die Funktionsweise der Zelle.
Abbildung 2. Ein Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Pentosezucker und einer Phosphatgruppe.
Die beiden Haupttypen von Nukleinsäuren sind Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA). DNA ist das genetische Material, das in allen lebenden Organismen vorkommt, von einzelligen Bakterien bis zu mehrzelligen Säugetieren.
Die andere Art von Nukleinsäure, RNA, ist hauptsächlich an der Proteinsynthese beteiligt. Die DNA-Moleküle verlassen niemals den Zellkern, sondern kommunizieren über einen RNA-Intermediär mit dem Rest der Zelle. Andere Arten von RNA sind auch an der Proteinsynthese und ihrer Regulation beteiligt.
DNA und RNA bestehen aus Monomeren, die als Nukleotide bekannt sind. Die Nukleotide verbinden sich miteinander zu einem Polynukleotid, DNA oder RNA. Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Pentose-Zucker (fünf Kohlenstoff) und einer Phosphatgruppe (Abbildung 2). Jede stickstoffhaltige Base in einem Nukleotid ist an ein Zuckermolekül gebunden, das an eine Phosphatgruppe gebunden ist. Die Nukleotide verbinden sich durch Phosphodiesterbindungen, um das Polynukleotid zu bilden.
DNA doppelhelikale Struktur
Abbildung 3. Das Doppelhelix-Modell zeigt DNA als zwei parallele Stränge ineinander verschlungener Moleküle. (kredit: Jerome Walker, Dennis Myts)
DNA hat eine doppelhelikale Struktur (Abbildung 3). Es besteht aus zwei Strängen oder Polymeren von Nukleotiden. Die Stränge werden mit kovalenten Bindungen zwischen Phosphat- und Zuckergruppen benachbarter Nukleotide gebildet.
Die beiden Stränge sind an ihren Basen mit Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden, und die Stränge wickeln sich entlang ihrer Länge umeinander, daher die Beschreibung „Doppelhelix“, was eine Doppelspirale bedeutet.
Die abwechselnden Zucker- und Phosphatgruppen liegen an der Außenseite jedes Strangs und bilden das Rückgrat der DNA. Die stickstoffhaltigen Basen sind im Inneren wie die Stufen einer Treppe gestapelt, und diese Basen paaren sich; Die Paare sind durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Die Basen paaren sich so, dass der Abstand zwischen den Rückgraten der beiden Stränge entlang des Moleküls gleich ist.
DNA und RNA
Während DNA und RNA ähnlich sind, weisen sie sehr deutliche Unterschiede auf. Tabelle 1 fasst die Merkmale von DNA und RNA zusammen.
| Tabelle 1. Features of DNA and RNA | ||
|---|---|---|
| DNA | RNA | |
| Function | Carries genetic information | Involved in protein synthesis |
| Location | Remains in the nucleus | Leaves the nucleus |
| Structure | DNA is double-stranded „ladder”: sugar-phosphate backbone, with base rungs. | Normalerweise einzelsträngig |
| Zucker | Desoxyribose | Ribose |
| Pyrimidine | Cytosin, Thymin | Cytosin, Uracil |
| Purine | Adenin, Guanin | Adenin, Guanin |
Ein weiterer Unterschied ist erwähnenswert. Es gibt nur eine Art von DNA. DNA ist die vererbbare Information, die an jede Generation von Zellen weitergegeben wird; seine Stränge können mit wenig Energie „entpackt“ werden, wenn DNA repliziert werden muss, und DNA wird in RNA transkribiert. Es gibt mehrere Arten von RNA: Messenger-RNA ist ein temporäres Molekül, das die für die Herstellung eines Proteins erforderlichen Informationen vom Zellkern (wo die DNA verbleibt) zum Zytoplasma transportiert, wo sich die Ribosomen befinden. Andere Arten von RNA umfassen ribosomale RNA (rRNA), Transfer-RNA (tRNA), kleine Kern-RNA (snRNA) und microRNA.Obwohl die RNA einzelsträngig ist, zeigen die meisten RNA-Typen eine ausgedehnte intramolekulare Basenpaarung zwischen komplementären Sequenzen, wodurch eine vorhersagbare dreidimensionale Struktur entsteht, die für ihre Funktion unerlässlich ist.
Wie Sie später erfahren werden, findet der Informationsfluss in einem Organismus von DNA über RNA zu Protein statt. DNA diktiert die Struktur von mRNA in einem Prozess, der als Transkription bekannt ist, und RNA diktiert die Struktur von Protein in einem Prozess, der als Translation bekannt ist. Dies ist bekannt als das zentrale Dogma des Lebens, das für alle Organismen gilt; Ausnahmen von der Regel treten jedoch im Zusammenhang mit Virusinfektionen auf.
Zusammenfassend: DNA und RNA
Nukleinsäuren sind Moleküle aus Nukleotiden, die zelluläre Aktivitäten wie Zellteilung und Proteinsynthese steuern. Jedes Nukleotid besteht aus einem Pentosezucker, einer stickstoffhaltigen Base und einer Phosphatgruppe. Es gibt zwei Arten von Nukleinsäuren: DNA und RNA. DNA trägt den genetischen Bauplan der Zelle und wird von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben (in Form von Chromosomen). Es hat eine doppelhelikale Struktur, wobei die beiden Stränge in entgegengesetzte Richtungen verlaufen, durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden und komplementär zueinander sind. RNA ist einzelsträngig und besteht aus einem Pentosezucker (Ribose), einer stickstoffhaltigen Base und einer Phosphatgruppe. RNA ist an der Proteinsynthese und deren Regulation beteiligt. Messenger-RNA (mRNA) wird aus der DNA kopiert, aus dem Zellkern in das Zytoplasma exportiert und enthält Informationen für den Aufbau von Proteinen. Ribosomale RNA (rRNA) ist ein Teil der Ribosomen am Ort der Proteinsynthese, während Transfer-RNA (tRNA) die Aminosäure zum Ort der Proteinsynthese trägt. microRNA reguliert die Verwendung von mRNA für die Proteinsynthese.
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