Συγκρίνετε τα φωσφορικά σάκχαρα και τις βάσεις του DNA και του RNA

Το DNA και το RNA είναι νουκλεϊκά οξέα, τα οποία βασικά αποτελούνται από μια αζωτούχα βάση που περιέχει σάκχαρα πεντόζης συνδεδεμένα μέσω φωσφορικών ομάδων. Τα δομικά στοιχεία των νουκλεϊκών οξέων ονομάζονται νουκλεοτίδια. Τα νουκλεϊκά οξέα χρησιμεύουν ως γενετικό υλικό του κυττάρου αποθηκεύοντας πληροφορίες, οι οποίες απαιτούνται για την ανάπτυξη, τη λειτουργία και την αναπαραγωγή των οργανισμών. Οι περισσότεροι οργανισμοί χρησιμοποιούν το DNA ως γενετικό τους υλικό, ενώ λίγοι από αυτούς όπως οι ρετροϊοί χρησιμοποιούν το RNA ως γενετικό τους υλικό. Το DNA είναι σταθερό όταν συγκρίνεται με το RNA λόγω των διαφορών στα φωσφορικά σάκχαρα και τις βάσεις που μοιράζονται το καθένα από αυτά. Μία, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες μπορούν να προσκολληθούν στο σάκχαρο πεντόζης, παράγοντας μονο-, δι- και τριφωσφορικά αντίστοιχα. Το σάκχαρο πεντόζης που χρησιμοποιείται από το DNA είναι δεοξυριβόζη και το σάκχαρο πεντόζης που χρησιμοποιείται από το RNA είναι ριβόζη. Οι αζωτούχες βάσεις που βρίσκονται στο DNA είναι η αδενίνη, η γουανίνη, η κυτοσίνη και η θυμίνη. Στο RNA, η θυμίνη αντικαθίσταται από ουρακίλη.

Αυτό το άρθρο εξετάζει,

1. Τι είναι τα φωσφορικά άλατα
2. Τι είναι τα σάκχαρα
3. Τι είναι οι βάσεις
4. Σύγκριση φωσφορικών σακχάρων και βάσεων DNA και RNA
      – Ομοιότητες
      -Διαφορές

Τι είναι τα φωσφορικά άλατα

Το DNA και το RNA αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες μονάδες νουκλεοτιδίων. δεοξυριβονουκλεοτίδια και ριβονουκλεοτίδια, αντίστοιχα. Το νουκλεοτίδιο αποτελείται από ένα σάκχαρο πεντόζης, το οποίο συνδέεται με μια αζωτούχα βάση και μια, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες. Τόσο τα νουκλεοτίδια του DNA όσο και του RNA μπορούν να προσκολληθούν σε μία, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες στον άνθρακα 5' του σακχάρου πεντόζης. Οι δεσμευμένοι σε φωσφορικά νουκλεοσίδια ονομάζονται μονο-, δι- και τριφωσφορικά, αντίστοιχα. Οι αντιδράσεις φωσφορυλίωσης καταλύονται από μια κατηγορία ενζύμων που ονομάζονται ATP:D-ριβόζη 5-φωσφοτρανσφεράση. Οι δεοξυριβονουκλεοζίτες φωσφορυλιώνονται από το ένζυμο που ονομάζεται δεοξυριβοκινάση και οι νουκλεοσίδες RNA φωσφορυλιώνονται από το ένζυμο που ονομάζεται ριβοκινάση. Ο σχηματισμός φωσφοδιεστερικών δεσμών κατά την παραγωγή της ραχοκοκαλιάς σακχάρου-φωσφορικού ενεργοποιείται με την κοπή των φωσφορικών δεσμών υψηλής ενέργειας στα τριφωσφορικά νουκλεοτίδια. Ο σχηματισμός κάθε νουκλεοτιδίου, μονοφωσφορικού νουκλεοζίτη, διφωσφορικού νουκλεοζίτη και τριφωσφορικού νουκλεοζίτη φαίνεται στο σχήμα 1 .

Εικόνα 1:Τρεις τύποι νουκλεοτιδίων

Τι είναι τα σάκχαρα

Τόσο το DNA όσο και το RNA περιέχουν σάκχαρα πεντόζης. Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια περιέχουν δεοξυριβόζη και τα ριβονουκλεοτίδια περιέχουν ριβόζη ως τα σάκχαρά τους πεντόζης. Η ριβόζη είναι ένας μονοσακχαρίτης πεντόζης, που περιέχει στη δομή του έναν πενταμελή δακτύλιο. Περιέχει μια λειτουργική ομάδα αλδεΰδης με τη μορφή ανοιχτής αλυσίδας. Ως εκ τούτου, η ριβόζη ονομάζεται αλδοπεντόζη. Η ριβόζη περιέχει δύο εναντιομερή:D-ριβόζη και L-ριβόζη. Η φυσική διαμόρφωση είναι η D-ριβόζη, όπου η L-ριβόζη δεν βρίσκεται στη φύση. Η D-ριβόζη είναι ένα επιμερές της D-αραβινόζης, η οποία διαφέρει από τη στερεοχημεία στο 2'.άνθρακα. Αυτή η ομάδα υδροξυλίου 2' είναι σημαντική στο μάτισμα RNA.

Το σάκχαρο πεντόζης που βρίσκεται στο DNA είναι η δεοξυριβόζη. Η δεοξυριβόζη είναι μια τροποποιημένη μορφή του σακχάρου, η ριβόζη. Σχηματίζεται από 5-φωσφορική ριβόζη με τη δράση του ενζύμου, ριβονουκλεοτιδική αναγωγάση. Ένα άτομο οξυγόνου χάνεται ενώ σχηματίζεται δεοξυριβόζη από το δεύτερο άτομο άνθρακα του δακτυλίου ριβόζης. Ως εκ τούτου, η δεοξυριβόζη ονομάζεται ακριβέστερα 2-δεοξυριόζη. Η 2-δεοξυριβόζη περιέχει δύο εναντιομερή:D-2-δεοξυριβόζη και L-2-δεοξυριβόζη. Μόνο η D-2-δεοξυριβόζη εμπλέκεται στο σχηματισμό της ραχοκοκαλιάς του DNA. Λόγω της απουσίας της ομάδας υδροξυλίου 2' στις δεοξυριβόζες, το DNA είναι ικανό να αναδιπλωθεί στη δομή διπλής έλικας του, αυξάνοντας τη μηχανική ευκαμψία του μορίου. Το DNA μπορεί να τυλιχθεί σφιχτά για να συσκευαστεί σε έναν μικρό πυρήνα επίσης. Η διαφορά μεταξύ ριβόζης και δεοξυριβόζης είναι με την 2' υδροξυλομάδα που υπάρχει στη ριβόζη. Η δεοξυριβόζη, σε σύγκριση με τη ριβόζη φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2:Δεοξυριβόζη

Τι είναι οι Βάσεις

Τόσο το DNA όσο και το RNA συνδέονται με μια αζωτούχα βάση σε 1' άνθρακα του σακχάρου πεντόζης, αντικαθιστώντας την υδροξυλομάδα της δεοξυριβόζης. Πέντε τύποι αζωτούχων βάσεων βρίσκονται τόσο στο DNA όσο και στο RNA. Είναι η αδενίνη (Α), η γουανίνη (G), η κυτοσίνη (C), η θυμίνη (Τ) και η ουρακίλη (U). Η αδενίνη και η γουανίνη είναι πουρίνες, οι οποίες βρίσκονται σε δύο δομημένους δακτυλίους δακτυλίους πυριμιδίνης συντηγμένους με έναν δακτύλιο ιμιδαζόλης. Η κυτοσίνη, η θυμίνη και η ουρακίλη είναι πυριμιδίνες, οι οποίες περιέχουν μια μοναδική εξαμελή δομή δακτυλίου πυριμιδίνης. Το DNA περιέχει αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και θυμίνη στα νουκλεοτίδια του. Το RNA περιέχει ουρακίλη, αντί για θυμίνη. Η αδενίνη σχηματίζει δύο δεσμούς υδρογόνου με τη θυμίνη και η γουανίνη σχηματίζει τρεις δεσμούς υδρογόνου με την κυτοσίνη. Το συμπληρωματικό ζεύγος βάσεων στο DNA ονομάζεται Μοντέλο ζεύξης βάσεων DNA Watson-Crick . Φέρνει δύο συμπληρωματικούς κλώνους DNA μαζί, σχηματίζοντας δεσμούς υδρογόνου. Ως εκ τούτου, η τελική δομή του DNA είναι δίκλωνη και αντιπαράλληλη. Στο RNA, η ουρακίλη σχηματίζει δύο δεσμούς υδρογόνου με την αδενίνη, αντικαθιστώντας τη θυμίνη. Το συμπληρωματικό ζεύγος βάσεων του RNA μέσα στο ίδιο μόριο σχηματίζει δομές δίκλωνου RNA που ονομάζονται θηλιές φουρκέτας . Το δίκλωνο DNA φαίνεται στο σχήμα 3 .

Εικόνα 3:DNA

Η διαφορά μεταξύ θυμίνης και ουρακίλης βρίσκεται στην ομάδα μεθυλίου που υπάρχει στο 5' άτομο άνθρακα της θυμίνης. Η ουρακίλη είναι ικανή να συνδυάζεται βάσεων με άλλες βάσεις, καθώς και η αδενίνη και η απαμίνωση της κυτοσίνης μπορεί να παράγει ουρακίλη. Επομένως, το RNA είναι λιγότερο σταθερό σε σύγκριση με το DNA λόγω της παρουσίας ουρακίλης αντί θυμίνης. Η ουρακίλη και η θυμίνη φαίνονται στην εικόνα 4.

Εικόνα 4:Ουρακίλη και θυμίνη

Σύγκριση των φωσφορικών σακχάρων και βάσεων DNA και RNA

Ομοιότητες μεταξύ σακχάρων φωσφορικών αλάτων και βάσεων DNA και RNA

Φωσφορικά άλατα

• Τόσο το DNA όσο και το RNA περιέχουν μία, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες, συνδεδεμένες με τον άνθρακα 5′ του σακχάρου πεντόζης.

Ζάχαρη πεντόζης

• Τόσο το DNA όσο και το RNA περιέχουν στα νουκλεοτίδια τους έναν μονοσακχαρίτη πεντόζης, ο οποίος συνδέεται με μια αζωτούχα βάση και μια, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες.

Αζωτούχες βάσεις

• Τόσο το DNA όσο και το RNA μοιράζονται τρεις τύπους αζωτούχων βάσεων:αδενίνη, γουανίνη και κυτοσίνη.

Διαφορές μεταξύ σακχάρων φωσφορικών αλάτων και βάσεων DNA και RNA

Ζάχαρη πεντόζης

DNA: Το σάκχαρο πεντόζης που βρίσκεται στο DNA είναι η δεοξυριβόζη.

RNA: Το σάκχαρο πεντόζης που βρίσκεται στο RNA είναι η ριβόζη.

Διαμόρφωση του σακχάρου

DNA: Η D-2-δεοξυριβόζη βρίσκεται στο σάκχαρο-φωσφορικό σκελετό του DNA.

RNA: Η D-ριβόζη βρίσκεται στο σάκχαρο-φωσφορικό σκελετό του RNA.

Σημασία του σακχάρου πεντόζης στο DNA/RNA

DNA: Η 2-δεοξυριβόζη επιτρέπει το σχηματισμό διπλής έλικας DNA.

RNA: Η ριβόζη δεν επιτρέπει το σχηματισμό διπλής έλικας RNA λόγω της παρουσίας 2' υδροξυλικής ομάδας.

Θυμίνη/Ουρακίλη

DNA: Η θυμίνη βρίσκεται στο DNA.

RNA: Η ουρακίλη βρίσκεται στο RNA.

Σημασία της θυμίνης/ουρακίλης

DNA: Το DNA είναι πιο σταθερό από το RNA λόγω της παρουσίας θυμίνης.

RNA: Το RNA είναι λιγότερο σταθερό λόγω της παρουσίας ουρακίλης αντί θυμίνης.

Φωσφορυλίωση

DNA: Οι δεοξυριβονουκλεοσίδες φωσφορυλιώνονται από δεοξυριβοκινάσες.

RNA: Οι ριβονουκλεοσίδες φωσφορυλιώνονται από τις ριβοκινάσες.

Παράγει φωσφορυλίωση

DNA: Η φωσφορυλίωση των δεοξυριβονουκλεοζιτών παράγει δεοξυριβονουκλεοτίδια.

RNA: Η φωσφορυλίωση των ριβονουκλεοζιτών παράγει ριβονουκλεοτίδια.

Συμπέρασμα

Τόσο το DNA όσο και το RNA αποτελούνται από ένα σάκχαρο πεντόζης, το οποίο συνδέεται με μια αζωτούχα βάση στον άνθρακα 1' και μία ή περισσότερες φωσφορικές ομάδες στον άνθρακα 5'. Η ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού και των δύο τύπων νουκλεϊκών οξέων σχηματίζεται από τον πολυμερισμό νουκλεοτιδίων μέσω φωσφορικών ομάδων. Το σάκχαρο πεντόζης που βρίσκεται στο σάκχαρο-φωσφορικό σκελετό του DNA είναι η D-2-δεοξυριβόζη. Η D-ριβόζη βρίσκεται στο RNA. Οι αζωτούχες βάσεις που βρίσκονται στο DNA είναι η αδενίνη, η γουανίνη, η κυτοσίνη και η θυμίνη. Στο RNA, η ουρακίλη βρίσκεται, αντικαθιστώντας τη θυμίνη. Μία, δύο ή τρεις φωσφορικές ομάδες βρίσκονται συνδεδεμένες με το σάκχαρο πεντόζης. Όταν μια φωσφορική ομάδα συνδέεται με τον νουκλεοζίτη, ονομάζεται μονοφωσφορικό νουκλεοτίδιο. Όταν δύο φωσφορικές ομάδες συνδέονται με τον νουκλεοζίτη, ονομάζεται διφωσφορικό νουκλεοτίδιο. Όταν τρεις φωσφορικές ομάδες συνδέονται με τον νουκλεοζίτη, ονομάζεται τριφωσφορικό νουκλεοτίδιο.

Αναφορά:
1."Σημειώσεις τάξης." Τα βασικά:DNA, RNA, πρωτεΐνη. Ν.π., ν.δ. Ιστός. 28 Απρ. 2017.
2 "Δομή νουκλεϊκών οξέων." SparkNotes. SparkNotes, n.d. Ιστός. 28 Απρ. 2017.
3 "Γιατί θυμίνη αντί για ουρακίλη;" Γήινη Φύση. N.p., 17 Ιουνίου 2016. Web. 28 Απρ. 2017.