ساختار و عملکرد اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) در انتقال اطلاعات ژنتیکی

اسیدهای نوکلئیک مولکول هایی هستند که به موجودات اجازه می دهند اطلاعات ژنتیکی را از یک نسل به نسل دیگر منتقل کنند. این ماکرومولکول ها اطلاعات ژنتیکی را ذخیره می کنند که ویژگی ها را تعیین کرده و امکان سنتز پروتئین را فراهم می آورد. دو نمونه از اسیدهای نوکلئیک شامل DNA (دی اکسی ریبونوکلئیک اسید) و RNA (ریبونوکلئیک اسید) می باشند. این مولکول ها از زنجیره های بلند نوکلئوتیدها که توسط پیوندهای کووالان به هم متصل شده اند، تشکیل شده اند. اسیدهای نوکلئیک می توانند در هسته و سیتوپلاسم سلول های ما یافت شوند.

• اسیدهای نوکلئیک ماکرومولکول هایی هستند که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره و تولید پروتئین را امکان پذیر می سازند.
• نمونه های اسید نوکلئیک شامل DNA و RNA هستند. این مولکول ها از زنجیره های بلند نوکلئیدها تشکیل شده اند.
• نوکلئوتیدها از یک پایه نیتروژن دار، یک قند پنج کربنه و یک گروه فسفات تشکیل یافته اند.
• DNA از یک اسکلت قند دئوکسی ریبوز و پایه های نیتروژن دار آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین (T) تشکیل شده است.
• RNA دارای قند ریبوز و پایه های نیتروژن دار A، G، C و اوراسیل (U) است.

مونومرهای اسید نوکلئیک

نوکلئوتیدها از مونومرهای نوتئیک اسید تشکیل شده اند که به هم پیوسته اند. نوکلئوتیدها دارای سه بخش هستند:

• یک پایه نیتروژن دار
• یک قند پنج کربنه (پنتوز)
• یک گروه فسفات

پایه های نیتروژن دار شامل مولکول های پورین (آدنین و گوانین) و مولکول های پیریمیدین (سیتوزین، تیمین و اوراسیل) هستند. در DNA، قند پنج کربنه دئوکسی ریبوز است، در حالی که ریبوز قند پنتوز در RNA است. نوکلئوتیدها به هم پیوسته و زنجیره های پلی نوکلئیدی را تشکیل می دهند.

آن ها توسط پیوندهای کووالان بین فسفات یکی و قند دیگری به هم متصل می شوند. این پیوندها به نام پیوندهای فسفودی استر شناخته می شوند. پیوندهای فسفودی استر اسکلت قند-فسفات هر دو DNA و RNA را تشکیل می دهند.

مشابه آنچه که با مونومرهای پروتئین و کربوهیدرات اتفاق می افتد، نوکلئوتیدها از طریق سنتز دپلماسیون به هم پیوسته می شوند. در سنتز دپلماسیون اسید نوکلئیک، پایه های نیتروژن دار به هم پیوسته و یک مولکول آب در این فرآیند از دست می رود.

جالب است که برخی از نوکلئوتیدها به عنوان مولکول های "انفرادی" عملکردهای مهم سلولی را انجام می دهند. رایج ترین مثال آدنوزین تری فسفات یا ATP است که انرژی را برای بسیاری از عملکردهای سلولی تأمین می کند.

ساختار DNA

DNA مولکول سلولی است که حاوی دستورالعمل هایی برای انجام تمام عملکردهای سلولی است. هنگامی که یک سلول تقسیم می شود، DNA آن کپی شده و از یک نسل سلولی به نسل بعدی منتقل می شود.

DNA در کروموزوم ها سازمان دهی شده و در هسته سلول های ما یافت می شود. این حاوی "دستورالعمل های برنامه نویسی" برای فعالیت های سلولی است. هنگامی که موجودات نسل جدیدی تولید می کنند، این دستورالعمل ها از طریق DNA به ارث می رسند.

DNA معمولاً به صورت یک مولکول دو رشته ای با شکلی مارپیچ دوگانه وجود دارد. DNA از یک اسکلت قند دئوکسی ریبوز و چهار پایه نیتروژن دار تشکیل شده است:

• آدنین (A)
• گوانین (G)
• سیتوزین (C)
• تیمین (T)

در DNA دو رشته ای، آدنین با تیمین (A-T) و گوانین با سیتوزین (G-C) جفت می شوند.

ساختار RNA

RNA از یک اسکلت قند ریبوز و پایه های نیتروژن دار آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل (U) تشکیل شده است.

RNA برای سنتز پروتئین ها ضروری است. اطلاعات موجود در کد ژنتیکی معمولاً از DNA به RNA و سپس به پروتئین های حاصل منتقل می شود. انواع مختلفی از RNA وجود دارد.

• RNA پیام رسان (mRNA) نسخه برداری از پیام DNA است که در طول رونویسی DNA تولید می شود. RNA پیام رسان به پروتئین ها ترجمه می شود.
• RNA انتقال (tRNA) دارای شکل سه بعدی است و برای ترجمه mRNA در سنتز پروتئین لازم است.
• RNA ریبوزومی (rRNA) جزء ریبوزوم ها است و نیز در سنتز پروتئین نقش دارد.
• میکرو RNAها (miRNAs) RNAهای کوچکی هستند که به تنظیم بیان ژن کمک می کنند.

RNA معمولاً به صورت یک مولکول تک رشته ای وجود دارد که از یک اسکلت قند ریبوز و پایه های نیتروژن دار آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل (U) تشکیل شده است. وقتی DNA در طول رونویسی به یک نسخه RNA تبدیل می شود، گوانین با سیتوزین (G-C) و آدنین با اوراسیل (A-U) جفت می شوند.

ترکیب DNA و RNA

این تصویر مقایسه ای از یک مولکول RNA تک رشته ای و یک مولکول DNA دو رشته ای را نشان می دهد.

نمونه های اسید نوکلئیک، DNA و RNA، از نظر ترکیب و ساختار متفاوت هستند. تفاوت ها به شرح زیر است:

DNA

• پایه های نیتروژن دار: آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین
• قند پنج کربنه: دئوکسی ریبوز
• ساختار: دو رشته ای

DNA معمولاً در شکل سه بعدی مارپیچ دوگانه خود وجود دارد. این ساختار پیچیده امکان باز شدن DNA برای رونویسی و سنتز پروتئین را فراهم می کند.

RNA

• پایه های نیتروژن دار: آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل
• قند پنج کربنه: ریبوز
• ساختار: تک رشته ای

در حالی که RNA شکل مارپیچ دوگانه مانند DNA به خود نمی گیرد، این مولکول قادر است شکل های پیچیده سه بعدی را تشکیل دهد. این امر به این دلیل است که پایه های RNA با دیگر پایه ها در همان رشته RNA جفت می شوند. جفت سازی پایه ها باعث می شود RNA تا شود و شکل های مختلفی بگیرد.

ماکرومولکول های بیشتر

• پلیمرهای زیستی: ماکرومولکول هایی که از ترکیب مولکول های ارگانیک کوچک تشکیل می شوند.
• کربوهیدرات ها: شامل ساکاریدها یا قندها و مشتقات آن ها.
• پروتئین ها: ماکرومولکول هایی که از مونومرهای اسید آمینه تشکیل شده اند.
• لیپیدها: ترکیب های ارگانیکی که شامل چربی ها، فسفولیپیدها، استروئیدها و موم ها می شوند.