DNA ja RNA ovat nukleiinihappoja, jotka koostuvat pohjimmiltaan typpipitoisesta emäksestä, joka sisältää pentoosisokereita fosfaattiryhmien kautta. Nukleiinihappojen rakennuspalikoita kutsutaan nukleotideiksi. Nukleiinihapot toimivat solun geneettisenä materiaalina tallentamalla tietoja, joita tarvitaan organismien kehittymiseen, toimintaan ja lisääntymiseen. Useimmat organismit käyttävät DNA: ta geneettisenä materiaalinaan, kun taas harvat niistä, kuten retrovirukset, käyttävät RNA: ta geneettisenä materiaalinaan. DNA on vakaa verrattuna RNA: han, koska niiden fosfaattisokerit ja emäkset eroavat toisistaan. Yksi, kaksi tai kolme fosfaattiryhmää voidaan kiinnittää pentoosisokeriin, jolloin saadaan mono-, di- ja trifosfaatteja. DNA: n käyttämä pentoosisokeri on deoksiriboosi ja RNA: n käyttämä pentoosisokeri on riboosi. DNA: sta löytyviä typpiemäksiä ovat adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini. RNA: ssa tymiini korvataan urasiililla.

Tässä artikkelissa tarkastellaan,

1. Mitä ovat fosfaatit 2. Mitkä ovat sokerit 3. Mitä ovat emäkset 4. Fosfaattien vertailu Sokerit ja DNA: n ja RNA: n emäkset -samankaltaisuudet -erot

Mitä ovat fosfaatit

DNA ja RNA koostuvat nukleotidien toistuvista yksiköistä; deoksiribonukleotidit ja vastaavasti ribonukleotidit. Nukleotidi koostuu pentoosisokerista, joka on kiinnittynyt typpipitoiseen emäkseen, ja yhdestä, kahdesta tai kolmesta fosfaattiryhmästä. Sekä DNA- että RNA -nukleotidit voivat kiinnittyä yhteen, kahteen tai kolmeen fosfaattiryhmään pentoosisokerin 5' -hiilellä. Fosfaattiin sitoutuneita nukleosideja kutsutaan vastaavasti mono-, di- ja trifosfaateiksi. Fosforylaatioreaktioita katalysoi entsyymiluokka nimeltä ATP: D-riboosi-5-fosfotransferaasi. Deoksiribonukleosidit fosforyloidaan deoksiribokinaasiksi kutsutulla entsyymillä ja RNA -nukleosidit fosforyloidaan ribokinaasiksi kutsutulla entsyymillä. Fosfodiesterisidosten muodostuminen sokeri-fosfaatti-rungon tuotannon aikana saadaan voimaan katkaisemalla nukleotiditrifosfaattien korkean energian fosfaattisidokset. Kunkin nukleotidin, nukleosidimonofosfaatin, nukleoisididifosfaatin ja nukleosiditrifosfaatin muodostuminen on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1: Kolme nukleotidityyppiä

Mitä ovat sokerit

Sekä DNA että RNA sisältävät pentoosisokereita. Deoksiribonukleotidit sisältävät deoksiriboosia ja ribonukleotidit sisältävät riboosia pentoosisokerinaan. Riboosi on pentoosimonosakkaridi, jonka rakenteessa on viisijäseninen rengas. Se sisältää funktionaalisen aldehydiryhmän avoimessa ketjussa. Siksi riboosia kutsutaan aldopentoosiksi. Riboosi sisältää kaksi enantiomeeriä: D-riboosi ja L-riboosi. Luonnossa esiintyvä konformaatio on D-riboosi, jossa L-riboosia ei löydy luonnosta. D-riboosi on D-arabinoosin epimeeri, joka eroaa 2'-hiilen stereokemiasta. Tämä 2’hydroksyyliryhmä on tärkeä RNA -silmukoinnissa.

DNA: sta löytyvä pentoosisokeri on deoksiriboosi. Deoksiriboosi on muunnettu sokerin muoto, riboosi. Se muodostuu riboosi-5-fosfaatista entsyymin, ribonukleotidireduktaasin, vaikutuksesta. Happiatomi katoaa muodostaessaan deoksiribroosia riboosirenkaan toisesta hiiliatomista. Siksi deoksiriboosia kutsutaan tarkemmin 2-deoksirioosiksi. 2-deoksiriboosi sisältää kaksi enantiomeeriä: D-2-deoksiriboosi ja L-2-deoksiriboosi. Vain D-2-deoksiriboosi osallistuu DNA-rungon muodostumiseen. Koska 2-hydroksyyliryhmä puuttuu deoksiriboosista, DNA pystyy taittumaan kaksoiskierrerakenteeseensa lisäämällä molekyylin mekaanista joustavuutta. DNA voidaan kääriä tiukasti, jotta se voidaan myös pakata pieneen ytimeen. Ero riboosin ja deoksiriboosin välillä on riboosissa olevan 2’hydroksyyliryhmän kanssa. Deoksiriboosi, verrattuna riboosiin, on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2: Deoksiriboosi

Mitä ovat emäkset

Sekä DNA että RNA ovat kiinnittyneet typpipitoiseen emäkseen pentoosisokerin 1’hiilellä korvaamalla deoksiribroosin hydroksyyliryhmän. Sekä DNA: sta että RNA: sta löytyy viisi typpipitoista emästä. Ne ovat adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C), tymiini (T) ja urasiili (U). Adeniini ja guaniini ovat puriineja, joita esiintyy kahdessa rengasrakenteisessa pyrimidiinirenkaassa fuusioituna imidatsolirenkaan kanssa. Sytosiini, tymiini ja urasiili ovat pyrimidiinejä, jotka sisältävät yhden kuusijäsenisen pyrimidiinirengasrakenteen. DNA sisältää nukleotideissaan adeniinia, guaniinia, sytosiinia ja tymiiniä. RNA sisältää urasiilia tymiinin sijasta. Adeniini muodostaa kaksi vetysidosta tymiinin kanssa ja guaniini kolme vetysidosta sytosiinin kanssa. Komplementaarista emäsparia DNA: ssa kutsutaan Watson-Crick DNA-emäsparin muodostusmalli. Se yhdistää kaksi toisiaan täydentävää DNA -juosetta yhteen muodostaen vetysidoksia. Näin ollen DNA: n lopullinen rakenne on kaksijuosteinen ja rinnakkainen. RNA: ssa urasiili muodostaa kaksi vetysidosta adeniinilla, joka korvaa tymiinin. RNA: n komplementaarinen emäsparitus saman molekyylin sisällä muodostaa kaksijuosteisia RNA-rakenteita, joita kutsutaan hiusneulalenkit. Kaksijuosteinen DNA on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3: DNA

Ero tymiinin ja urasiilin välillä on metyyliryhmässä, joka on tymiinin 5’hiiliatomissa. Uracil kykenee muodostamaan emäsparin muiden emästen kanssa, lisäksi adeniinia ja sytosiinin deaminointi voi tuottaa urasiilia. Siksi RNA on vähemmän vakaa verrattuna DNA: han johtuen urasiilin läsnäolosta tymiinin sijasta. Uracil ja tymiini on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4: Uracil ja tymiini

DNA: n ja RNA: n fosfaattisokerien ja emästen vertailu

Fosfaattisokerien ja DNA- ja RNA -emästen samankaltaisuudet

Fosfaatit

Pentoosisokeri

Typpipitoiset emäkset

Fosfaattisokerien ja DNA- ja RNA -emästen väliset erot

Pentoosisokeri

DNA: DNA: sta löytyvä pentoosisokeri on deoksiriboosi.

RNA: RNA: sta löytyvä pentoosisokeri on riboosi.

Sokerin muodonmuutos

DNA: D-2-deoksiriboosi löytyy DNA: n sokeri-fosfaattirungosta.

RNA: D-riboosia esiintyy RNA: n sokeri-fosfaattirungossa.

Pentoosisokerin merkitys DNA/RNA: ssa

DNA: 2-deoksiriboosi mahdollistaa DNA-kaksoiskierukan muodostumisen.

RNA: Ribose ei salli RNA-kaksoiskierukan muodostumista 2’hydroksyyliryhmän läsnäolon vuoksi.

Tymiini/Uracil

DNA: Tymiiniä löytyy DNA: sta.

RNA: Uracil löytyy RNA: sta.

Thymine/Uracilin merkitys

DNA: DNA on vakaampi kuin RNA tymiinin läsnäolon vuoksi.

RNA: RNA on vähemmän vakaa johtuen urasiilin esiintymisestä tymiinin sijasta.

Fosforylaatio

DNA: Deoksiribonukleosidit fosforyloidaan deoksiribokinaaseilla.

RNA: Ribonukleosidit fosforyloivat ribokinaasit.

Fosforylaatio tuottaa

DNA: Deoksiribonukleosidien fosforylaatio tuottaa deoksiribonukleotideja.

RNA: Ribonukleosidien fosforylaatio tuottaa ribonukleotideja.

Johtopäätös

Sekä DNA että RNA koostuvat pentoosisokerista, joka on kiinnitetty typpipohjaiseen emäkseen 1 'hiilellä ja yhteen tai useampaan fosfaattiryhmään 5' hiileen. Molempien nukleiinihappotyyppien sokeri-fosfaattirunko muodostuu nukleotidien polymeroinnista fosfaattiryhmien kautta. DNA: n sokerifosfaattirungosta löytyvä pentoosokeri on D-2-deoksiriboosi. D-riboosia löytyy RNA: sta. DNA: n typpipitoisia emäksiä ovat adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini. RNA: sta löytyy urasiili, joka korvaa tymiinin. Yksi, kaksi tai kolme fosfaattiryhmää löytyy kiinnittyneenä pentoosisokeriin. Kun nukleosidiin on liitetty yksi fosfaattiryhmä, sitä kutsutaan nukleotidimonofosfaatiksi. Kun nukleosidiin on liitetty kaksi fosfaattiryhmää, sitä kutsutaan nukleotididifosfaatiksi. Kun nukleosidiin on liitetty kolme fosfaattiryhmää, sitä kutsutaan nukleotiditrifosfaatiksi.

Viite: 1. ”Luokkahuomautukset.” Perusteet: DNA, RNA, proteiini. N.p., n.d. Web. 28. huhtikuuta 2017. 2. ”Nukleiinihappojen rakenne.” SparkNotes. SparkNotes, n.d. Web. 28. huhtikuuta 2017. 3. ”Miksi tymiini urasiilin sijaan?” Maallinen luonto. N.p., 17. kesäkuuta 2016. Web. 28. huhtikuuta 2017.

Kuva: 1. ”Nucleotides 1 ″ Tekijä Boris (PNG), SVG by Sjef - fi: Kuva: Nucleotides.png (Public Domain) Commons Wikimedia 2.” DeoxyriboseLabeled ”By Adenosine (englantilainen Wikipedian käyttäjä) - englanti Wikipedia (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedia 3. kautta. ”DNA-nukleotidit”, kirjoittanut OpenStax College-Anatomy & Physiology, Connexions Web-sivusto. 19. kesäkuuta 2013 (CC BY 3.0) Commons Wikimedia 4. kautta “Pyrimidines2” Mtov - Oma työ (Public Domain) Commons Wikimedian kautta