ДНК и РНК представляют собой нуклеиновые кислоты, которые в основном состоят из азотистого основания, содержащего пентозные сахара, связанные через фосфатные группы. Строительные блоки нуклеиновых кислот называются нуклеотидами. Нуклеиновые кислоты служат генетическим материалом клетки, храня информацию, необходимую для развития, функционирования и воспроизводства организмов. Большинство организмов используют ДНК в качестве генетического материала, в то время как некоторые из них, такие как ретровирусы, используют РНК в качестве своего генетического материала. ДНК стабильна по сравнению с РНК из-за различий в фосфатных сахарах и основаниях, общих для каждого из них. К пентозному сахару могут быть присоединены одна, две или три фосфатные группы с образованием моно-, ди- и трифосфатов соответственно. Пентозный сахар, используемый ДНК, - это дезоксирибоза, а пентозный сахар, используемый РНК, - это рибоза. Азотистые основания, обнаруженные в ДНК, - это аденин, гуанин, цитозин и тимин. В РНК тимин заменен урацилом..

В этой статье рассматривается,

1. Что такое фосфаты 2. Что такое сахара 3. Что такое основания 4. Сравнение фосфатов сахаров и оснований ДНК и РНК - сходства - различия

Что такое фосфаты

ДНК и РНК состоят из повторяющихся единиц нуклеотидов; дезоксирибонуклеотиды и рибонуклеотиды соответственно. Нуклеотид состоит из пентозного сахара, который связан с азотистым основанием и одной, двумя или тремя фосфатными группами. Нуклеотиды как ДНК, так и РНК могут присоединяться к одной, двум или трем фосфатным группам на их 5'-атоме углерода пентозного сахара. Связанные с фосфатом нуклеозиды называются моно-, ди- и трифосфатами соответственно. Реакции фосфорилирования катализируются классом ферментов под названием АТФ: D-рибозо-5-фосфотрансфераза. Дезоксирибонуклеозиды фосфорилируются ферментом под названием дезоксирибокиназа, а нуклеозиды РНК фосфорилируются ферментом под названием рибокиназа. Образование фосфодиэфирных связей во время производства сахарно-фосфатного остова активируется за счет разрыва высокоэнергетических фосфатных связей в нуклеотидтрифосфатах. Образование каждого нуклеотида, нуклеозидмонофосфата, нуклеозиддифосфата и нуклеозидтрифосфата показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Три типа нуклеотидов

Что такое сахар

И ДНК, и РНК содержат пентозные сахара. Дезоксирибонуклеотиды содержат дезоксирибозу, а рибонуклеотиды содержат рибозу в качестве пентозных сахаров. Рибоза - пентозный моносахарид, содержащий в своей структуре пятичленное кольцо. Он содержит альдегидную функциональную группу в форме открытой цепи. Следовательно, рибоза называется альдопентозой. Рибоза содержит два энантиомера: D-рибозу и L-рибозу. Встречающаяся в природе конформация - это D-рибоза, тогда как L-рибоза не встречается в природе. D-рибоза представляет собой эпимер D-арабинозы, которые различаются стереохимией 2'-углерода. Эта 2’-гидроксильная группа важна для сплайсинга РНК.

Пентозный сахар, содержащийся в ДНК, - это дезоксирибоза. Дезоксирибоза - это модифицированная форма сахара, рибозы. Он образуется из рибозо-5-фосфата под действием фермента рибонуклеотидредуктазы. Атом кислорода теряется при образовании дезоксирибозы из второго атома углерода рибозного кольца. Следовательно, дезоксирибоза более точно называется 2-дезоксириозой. 2-дезоксирибоза содержит два энантиомера: D-2-дезоксирибозу и L-2-дезоксирибозу. Только D-2-дезоксирибоза участвует в формировании остова ДНК. Из-за отсутствия 2’-гидроксильной группы в дезоксирибозах ДНК способна складываться в свою двойную спиральную структуру, увеличивая механическую гибкость молекулы. ДНК может быть плотно скручена, чтобы также ее можно было упаковать в небольшое ядро. Разница между рибозой и дезоксирибозой заключается в наличии 2’-гидроксильной группы в рибозе. Сравнение дезоксирибозы с рибозой показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Дезоксирибоза

Что такое базы

И ДНК, и РНК присоединены к азотистому основанию на 1’атоме углерода пентозного сахара, заменяя гидроксильную группу дезоксирибозы. Как в ДНК, так и в РНК обнаружено пять типов азотистых оснований. Это аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T) и урацил (U). Аденин и гуанин представляют собой пурины, которые находятся в двухкольцевом пиримидиновом кольце, конденсированном с имидазольным кольцом. Цитозин, тимин и урацил представляют собой пиримидины, которые содержат единую шестичленную структуру пиримидинового кольца. ДНК содержит в своих нуклеотидах аденин, гуанин, цитозин и тимин. РНК содержит урацил вместо тимина. Аденин образует две водородные связи с тимином, а гуанин образует три водородные связи с цитозином. Комплементарное спаривание оснований в ДНК называется Модель спаривания оснований ДНК Уотсона-Крика. Он объединяет две комплементарные цепи ДНК, образуя водородные связи. Следовательно, конечная структура ДНК двухцепочечная и антипараллельная. В РНК урацил образует две водородные связи с аденином, заменяя тимин. Комплементарные пары оснований РНК в одной и той же молекуле образуют двухцепочечные структуры РНК, называемые петли для шпилек. Двухцепочечная ДНК показана на рисунке 3.

Рисунок 3: ДНК

Разница между тимином и урацилом заключается в метильной группе, присутствующей в 5’атоме углерода тимина. Урацил способен образовывать пары с другими основаниями, а также с аденином, а дезаминирование цитозина может производить урацил. Следовательно, РНК менее стабильна по сравнению с ДНК из-за присутствия урацила вместо тимина. Урацил и тимин показаны на рисунке 4.

Рисунок 4: Урацил и тимин

Сравнение фосфатов сахаров и оснований ДНК и РНК

Сходства между фосфатами и сахарами и основаниями ДНК и РНК

Фосфаты

Пентозный сахар

Азотистые основания

Различия между фосфатами и сахарами и основаниями ДНК и РНК

Пентозный сахар

ДНК: Пентозный сахар, содержащийся в ДНК, - это дезоксирибоза.

РНК: Пентозный сахар, содержащийся в РНК, - это рибоза.

Соответствие сахара

ДНК: D-2-дезоксирибоза находится в сахарно-фосфатной основе ДНК.

РНК: D-рибоза находится в сахарно-фосфатном остове РНК.

Значение пентозного сахара в ДНК / РНК

ДНК: 2-дезоксирибоза позволяет образовывать двойную спираль ДНК.

РНК: Рибоза не допускает образования двойной спирали РНК из-за присутствия 2’гидроксильной группы.

Тимин / Урацил

ДНК: Тимин содержится в ДНК.

РНК: Урацил содержится в РНК.

Значение тимина / урацила

ДНК: ДНК более стабильна, чем РНК, из-за присутствия тимина.

РНК: РНК менее стабильна из-за присутствия урацила вместо тимина.

Фосфорилирование

ДНК: Дезоксирибонуклеозиды фосфорилируются дезоксирибокиназами.

РНК: Рибонуклеозиды фосфорилируются рибокиназами.

Фосфорилирование производит

ДНК: Фосфорилирование дезоксирибонуклеозидов дает дезоксирибонуклеотиды.

РНК: Фосфорилирование рибонуклеозидов дает рибонуклеотиды.

Заключение

И ДНК, и РНК состоят из пентозного сахара, который присоединен к азотистому основанию на 1’углероде и одной или нескольким фосфатным группам на 5’ углероде. Сахарно-фосфатный остов обоих типов нуклеиновых кислот образуется в результате полимеризации нуклеотидов через фосфатные группы. Пентозный сахар, обнаруженный в сахарно-фосфатной основе ДНК, представляет собой D-2-дезоксирибозу. D-рибоза содержится в РНК. Азотистые основания, обнаруженные в ДНК, - это аденин, гуанин, цитозин и тимин. В РНК обнаружен урацил, заменяющий тимин. К пентозному сахару присоединены одна, две или три фосфатные группы. Когда к нуклеозиду присоединена одна фосфатная группа, она называется монофосфатом нуклеотида. Когда к нуклеозиду присоединены две фосфатные группы, он называется дифосфатом нуклеотида. Когда к нуклеозиду присоединены три фосфатные группы, он называется нуклеотидтрифосфатом.

Ссылка: 1. «Заметки для занятий». Основы: ДНК, РНК, белок. N.p., n.d. Интернет. 28 апреля 2017 г. 2. «Структура нуклеиновых кислот». SparkNotes. SparkNotes, н.д. Интернет. 28 апреля 2017 г. 3. «Почему тимин вместо урацила?» Земляне Природа. N.p., 17 июня 2016 г. Web. 28 апреля 2017.

Изображение предоставлено: 1. «Нуклеотиды 1» Бориса (PNG), SVG Sjef - en: Изображение: Nucleotides.png (Общественное достояние) через Commons Wikimedia 2. «DeoxyriboseLabeled» Автор: Аденозин (английский пользователь Википедии) - английский Википедия (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia 3. «Нуклеотиды ДНК» Колледж OpenStax - анатомия и физиология, веб-сайт Connexions. 19 июня 2013 г. (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia 4. «Pyrimidines2» Мтов - собственная работа (общественное достояние) через Commons Wikimedia