به خوبی شناخته شده است که همه اشکال ماده زنده، از ویروس ها گرفته تا حیوانات بسیار سازمان یافته (از جمله انسان)، دستگاه ارثی منحصر به فردی دارند. این توسط مولکول های دو نوع اسید نوکلئیک نشان داده می شود: دئوکسی ریبونوکلئیک و ریبونوکلئیک. در این مواد آلی، اطلاعاتی رمزگذاری شده است که در طی تولید مثل از افراد والدین به فرزندان منتقل می شود. در این کار، ما ساختار و عملکرد DNA و RNA در سلول را مطالعه خواهیم کرد و همچنین مکانیسم‌های اساسی فرآیندهای انتقال خواص ارثی ماده زنده را در نظر خواهیم گرفت.
همانطور که مشخص شد، خواص اسیدهای نوکلئیک، اگرچه دارای برخی ویژگی های مشترک هستند، با این وجود از جهات مختلفی با هم تفاوت دارند. بنابراین، ما عملکردهای DNA و RNA انجام شده توسط این بیوپلیمرها را در سلول های گروه های مختلف ارگانیسم ها مقایسه خواهیم کرد. جدول ارائه شده در کار به درک تفاوت اساسی آنها کمک می کند.
اسیدهای نوکلئیک –بیوپلیمرهای پیچیده
اکتشافات در زمینه زیست شناسی مولکولی که در آغاز قرن بیستم رخ داد، به ویژه رمزگشایی ساختار اسید دئوکسی ریبونوکلئیک، به عنوان انگیزه ای برای توسعه سیتولوژی، ژنتیک، بیوتکنولوژی و ژنتیک مدرن عمل کرد. مهندسی. از دیدگاه شیمی آلی، DNA و RNA مواد درشت مولکولی هستند که از واحدهای مکرر تکرار شونده - مونومرها که نوکلئوتیدها نیز نامیده می شوند، تشکیل شده اند. مشخص است که آنها به هم پیوسته هستند و زنجیره‌هایی را تشکیل می‌دهند که قادر به سازماندهی فضایی هستند.
چنین ماکرومولکول های DNA اغلب به پروتئین های خاصی با خواص ویژه به نام هیستون متصل می شوند. مجتمع های نوکلئوپروتئین ساختارهای خاصی را تشکیل می دهند - نوکلئوزوم ها که به نوبه خود بخشی از کروموزوم ها هستند. اسیدهای نوکلئیک را می توان هم در هسته و هم در سیتوپلاسم سلول یافت که در برخی از اندامک های آن مانند میتوکندری یا کلروپلاست وجود دارد.
ساختار فضایی ماده وراثتی
برای درک عملکرد DNA و RNA، باید ویژگی های ساختار آنها را به طور دقیق درک کنید. مانند پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک دارای چندین سطح سازماندهی درشت مولکول ها هستند. ساختار اولیه توسط زنجیره‌های پلی نوکلئوتیدی نشان داده می‌شود، پیکربندی‌های ثانویه و ثالثی به دلیل نوع پیوند کووالانسی در حال ظهور، پیچیده هستند. نقش ویژه ای در حفظ شکل فضایی مولکول ها متعلق به پیوندهای هیدروژنی و همچنین نیروهای برهمکنش واندروالس است. نتیجه جمع و جور استساختار DNA به نام ابرکویل.
مونومرهای اسید نوکلئیک
ساختار و عملکرد DNA، RNA، پروتئین ها و سایر پلیمرهای آلی به ترکیب کیفی و کمی درشت مولکول های آنها بستگی دارد. هر دو نوع اسید نوکلئیک از بلوک های ساختمانی به نام نوکلئوتید ساخته شده اند. همانطور که از درس شیمی مشخص است، ساختار یک ماده لزوماً بر عملکرد آن تأثیر می گذارد. DNA و RNA نیز از این قاعده مستثنی نیستند. به نظر می رسد که نوع اسید و نقش آن در سلول به ترکیب نوکلئوتید بستگی دارد. هر مونومر شامل سه بخش است: یک باز نیتروژن، یک کربوهیدرات و یک باقیمانده اسید فسفریک. چهار نوع باز نیتروژن دار برای DNA وجود دارد: آدنین، گوانین، تیمین و سیتوزین. در مولکول های RNA، آنها به ترتیب آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل خواهند بود. کربوهیدرات با انواع مختلف پنتوز نشان داده می شود. اسید ریبونوکلئیک حاوی ریبوز است، در حالی که DNA حاوی شکل بدون اکسیژن آن به نام دئوکسی ریبوز است.
ویژگی های اسید دئوکسی ریبونوکلئیک
ابتدا به ساختار و عملکرد DNA خواهیم پرداخت. RNA که دارای پیکربندی فضایی ساده تری است در بخش بعدی توسط ما بررسی خواهد شد. بنابراین، دو رشته پلی نوکلئوتیدی توسط پیوندهای هیدروژنی مکرر که بین بازهای نیتروژنی تشکیل شده اند، به هم متصل می شوند. در جفت "آدنین - تیمین" دو و در جفت "گوانین - سیتوزین" سه پیوند هیدروژنی وجود دارد.
تطابق محافظه کارانه بازهای پورین و پیریمیدین بودتوسط E. Chargaff کشف شد و اصل مکملیت نامیده شد. در یک زنجیره واحد، نوکلئوتیدها توسط پیوندهای فسفودی استری ایجاد شده بین پنتوز و باقیمانده اسید اورتوفسفریک نوکلئوتیدهای مجاور به یکدیگر متصل می شوند. شکل مارپیچ هر دو زنجیره توسط پیوندهای هیدروژنی که بین اتم های هیدروژن و اکسیژن که بخشی از نوکلئوتیدها هستند، حفظ می شود. بالاتر - ساختار سوم (ابر کویل) - مشخصه DNA هسته سلول های یوکاریوتی است. در این شکل در کروماتین وجود دارد. با این حال، باکتری ها و ویروس های حاوی DNA دارای اسید دئوکسی ریبونوکلئیک هستند که با پروتئین ها مرتبط نیست. آن را با یک فرم حلقه ای شکل نشان می دهند و پلاسمید نامیده می شود.
DNA میتوکندری ها و کلروپلاست ها، اندامک های سلول های گیاهی و جانوری، ظاهر یکسانی دارند. در ادامه متوجه خواهیم شد که چگونه عملکرد DNA و RNA با یکدیگر متفاوت است. جدول زیر این تفاوت ها را در ساختار و خواص اسیدهای نوکلئیک به ما نشان می دهد.
ریبونوکلئیک اسید
مولکول RNA از یک رشته پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است (به استثنای ساختارهای دو رشته ای برخی ویروس ها) که می تواند هم در هسته و هم در سیتوپلاسم سلول قرار گیرد. انواع مختلفی از اسیدهای ریبونوکلئیک وجود دارد که از نظر ساختار و خواص متفاوت هستند. بنابراین RNA پیام رسان دارای بالاترین وزن مولکولی است. در هسته سلولی روی یکی از ژن ها سنتز می شود. وظیفه mRNA انتقال اطلاعات مربوط به ترکیب پروتئین از هسته به سیتوپلاسم است. شکل حمل و نقل اسید نوکلئیک مونومرهای پروتئینی را متصل می کند– اسیدهای آمینه – و آنها را به محل بیوسنتز می رساند.
در نهایت، RNA ریبوزومی در هسته تشکیل می شود و در سنتز پروتئین نقش دارد. همانطور که می بینید، عملکرد DNA و RNA در متابولیسم سلولی متنوع و بسیار مهم است. آنها اول از همه به سلول هایی بستگی دارند که ارگانیسم ها حاوی مولکول های ماده وراثتی هستند. بنابراین، در ویروس ها، اسید ریبونوکلئیک می تواند به عنوان حامل اطلاعات ارثی عمل کند، در حالی که در سلول های موجودات یوکاریوتی، فقط اسید دی اکسی ریبونوکلئیک این توانایی را دارد.
عملکرد DNA و RNA در بدن
اسیدهای نوکلئیک با توجه به اهمیتی که دارند به همراه پروتئین ها از مهمترین ترکیبات آلی هستند. آنها خواص و صفات ارثی را از والدین به فرزندان حفظ کرده و منتقل می کنند. بیایید تفاوت بین عملکردهای DNA و RNA را تعریف کنیم. جدول زیر این تفاوت ها را با جزئیات بیشتری نشان می دهد.
| مشاهده | جای در قفس | پیکربندی | عملکرد |
| DNA | هسته | superspiral | حفظ و انتقال اطلاعات ارثی |
| DNA |
میتوکندری کلروپلاست |
دایره (پلاسمید) | انتقال محلی اطلاعات ارثی |
| iRNA | سیتوپلاسم | خطی | حذف اطلاعات از ژن |
| tRNA | سیتوپلاسم | ثانویه | انتقال اسیدهای آمینه |
| rRNA | هسته وسیتوپلاسم | خطی | تشکیل ریبوزوم |
ماده وراثتی ویروس ها چه ویژگی هایی دارد؟
اسیدهای نوکلئیک ویروس ها می توانند به صورت مارپیچ یا حلقه های تک رشته ای و دو رشته ای باشند. طبق طبقه بندی D. B altimore، این اجرام عالم کوچک حاوی مولکول های DNA هستند که از یک یا دو زنجیره تشکیل شده است. گروه اول شامل پاتوژن های تبخال و آدنوویروس ها و دسته دوم شامل پاروویروس ها می شود.
عملکرد ویروس های DNA و RNA نفوذ اطلاعات ارثی خود به داخل سلول، انجام واکنش های همانندسازی مولکول های اسید نوکلئیک ویروسی و جمع آوری ذرات پروتئین در ریبوزوم های سلول میزبان است. در نتیجه، کل متابولیسم سلولی به طور کامل تابع انگل‌هایی است که با تکثیر سریع، سلول را به سمت مرگ سوق می‌دهند.
ویروس‌های RNA
در ویروس شناسی، مرسوم است که این موجودات را به چند گروه تقسیم می کنند. بنابراین، اولین شامل گونه هایی است که RNA تک رشته ای (+) نامیده می شوند. اسید نوکلئیک آنها همان عملکردهای RNA پیام رسان سلول های یوکاریوتی را انجام می دهد. گروه دیگر شامل RNA های تک رشته ای (-) است. اول، رونویسی با مولکول‌های آنها انجام می‌شود، که منجر به ظهور مولکول‌های RNA (+) می‌شود، و آنها به نوبه خود به عنوان الگویی برای ترکیب پروتئین‌های ویروسی عمل می‌کنند.
بر اساس موارد فوق، برای همه موجودات، از جمله ویروس ها، وظایف DNA و RNA به طور خلاصه به شرح زیر مشخص می شود: ذخیره ویژگی ها و خواص ارثی ارگانیسم و انتقال بیشتر آنها به فرزندان.
