Vergleichen Sie die Phosphatzucker und -grundlagen von DNA und RNA

DNA und RNA sind Nukleinsäuren, die im Wesentlichen aus einer stickstoffhaltigen Base mit Pentose-Zuckern bestehen, die über Phosphatgruppen gebunden sind. Die Bausteine ​​von Nukleinsäuren werden Nukleotide genannt. Nukleinsäuren dienen als genetisches Material der Zelle, indem sie Informationen speichern, die für die Entwicklung, das Funktionieren und die Reproduktion von Organismen erforderlich sind. Die meisten Organismen verwenden DNA als genetisches Material, während wenige wie Retroviren RNA als genetisches Material verwenden. DNA ist im Vergleich zu RNA stabil, da sich die Phosphatzucker und -basen jeweils unterscheiden. An den Pentosezucker können eine, zwei oder drei Phosphatgruppen gebunden sein, die Mono-, Di- und Triphosphate erzeugen. Pentose-Zucker, der von DNA verwendet wird, ist Desoxyribose und der von RNA verwendete Pentose-Zucker ist Ribose. Stickstoffhaltige Basen in der DNA sind Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. In RNA wird Thymin durch Uracil ersetzt.

Dieser Artikel betrachtet,

1. Was sind Phosphate?
2. Was sind Zucker?
3. Was sind Basen?
4. Vergleich von Phosphatzuckern und Basen von DNA und RNA
      - Ähnlichkeiten
      -Unterschiede

Was sind Phosphate?

DNA und RNA bestehen aus sich wiederholenden Einheiten von Nukleotiden. Desoxyribonukleotide bzw. Ribonukleotide. Das Nukleotid besteht aus einem Pentosezucker, der an eine stickstoffhaltige Base und einer, zwei oder drei Phosphatgruppen gebunden ist. Sowohl DNA- als auch RNA-Nukleotide können sich an eine, zwei oder drei Phosphatgruppen an ihrem 5'-Kohlenstoff des Pentosezuckers anlagern. Phosphatgebundene Nukleoside werden als Mono-, Di- bzw. Triphosphate bezeichnet. Die Phosphorylierungsreaktionen werden von einer Enzymklasse namens ATP: D-Ribose-5-Phosphotransferase katalysiert. Desoxyribonukleoside werden durch das als Desoxyribokinase bezeichnete Enzym phosphoryliert, und RNA-Nukleoside werden durch das als Ribokinase bezeichnete Enzym phosphoryliert. Die Bildung von Phosphodiester-Bindungen während der Herstellung des Zucker-Phosphat-Rückgrats wird durch das Trennen der energiereichen Phosphat-Bindungen in den Nucleotid-Triphospahaten aktiviert. Die Bildung von jedem Nukleotid, Nukleosidmonophosphat, Nukleodendiphosphat und Nukleosidtriphosphat ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Drei Nukleotidtypen

Was sind Zucker?

Sowohl DNA als auch RNA enthalten Pentosezucker. Desoxyribonukleotide enthalten Desoxyribose und Ribonukleotide enthalten Ribose als Pentosezucker. Ribose ist ein Pentosemonosaccharid, das in seiner Struktur einen fünfgliedrigen Ring enthält. Es enthält eine funktionelle Aldehydgruppe in seiner offenkettigen Form. Daher wird Ribose Aldopentose genannt. Ribose enthält zwei Enantiomere: D-Ribose und L-Ribose. Die natürlich vorkommende Konformation ist D-Ribose, wobei L-Ribose in der Natur nicht vorkommt. D-Ribose ist ein Epimer von D-Arabinose, die sich durch die Stereochemie am 2'-Kohlenstoff unterscheiden. Diese 2'-Hydroxylgruppe ist beim RNA-Spleißen wichtig.

Der in der DNA enthaltene Pentose-Zucker ist Desoxyribose. Desoxyribose ist eine modifizierte Form des Zuckers, Ribose. Es wird durch die Wirkung des Enzyms Ribonukleotid-Reduktase aus Ribose-5-phosphat gebildet. Ein Sauerstoffatom geht verloren, während Desoxyribose aus dem zweiten Kohlenstoffatom des Riboserings gebildet wird. Desoxyribose wird daher genauer als 2-Desoxyriose bezeichnet. Die 2-Desoxyribose enthält zwei Enantiomere: D-2-Desoxyribose und L-2-Desoxyribose. Nur D-2-Desoxyribose ist an der Bildung des DNA-Rückgrats beteiligt. Aufgrund der Abwesenheit von 2'-Hydroxylgruppen in Desoxyribosen kann sich DNA in ihre Doppelhelix-Struktur einfalten, wodurch die mechanische Flexibilität des Moleküls erhöht wird. DNA kann eng zusammengerollt werden, um sich auch in einen kleinen Kern zu packen. Der Unterschied zwischen Ribose und Desoxyribose besteht in der in Ribose vorhandenen 2'-Hydroxylgruppe. Deoxyribose ist im Vergleich zu Ribose in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Desoxyribose

Was sind Basen?

Sowohl DNA als auch RNA sind an eine stickstoffhaltige Base von 1'-Kohlenstoff des Pentose-Zuckers gebunden und ersetzen die Hydroxylgruppe von Desoxyribose. Sowohl in DNA als auch in RNA werden fünf Arten von Stickstoffbasen gefunden. Sie sind Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T) und Uracil (U). Adenin und Guanin sind Purine, die in einem mit einem Imidazolring kondensierten Pyrimidinring mit zwei Ringen gefunden werden. Cytosin, Thymin und Uracil sind Pyrimidine, die eine einzige sechsgliedrige Pyrimidinringstruktur enthalten. DNA enthält Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin in seinen Nukleotiden. RNA enthält Uracil anstelle von Thymin. Adenin bildet zwei Wasserstoffbrücken mit Thymin und Guanin bildet drei Wasserstoffbrücken mit Cytosin. Die komplementäre Basenpaarung in DNA heißt Watson-Crick-DNA-Basenpaarungsmodell. Es bringt zwei komplementäre DNA-Stränge zusammen und bildet Wasserstoffbrücken. Daher ist die Endstruktur der DNA doppelsträngig und antiparallel. In RNA bildet Uracil zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit Adenin und ersetzt Thymin. Die komplementäre Basenpaarung von RNA innerhalb desselben Moleküls bildet doppelsträngige RNA-Strukturen Haarnadelschleifen. Die doppelsträngige DNA ist in gezeigt Figur 3.

3: DNA

Der Unterschied zwischen Thymin und Uracil liegt in der Methylgruppe im 5'-Kohlenstoffatom von Thymin. Uracil ist in der Lage, Basenpaare mit anderen Basen zu bilden, außerdem Adenin und die Desaminierung von Cytosin kann Uracil produzieren. Daher ist RNA im Vergleich zu DNA aufgrund der Anwesenheit von Uracil anstelle von Thymin weniger stabil. Uracil und Thymin sind in gezeigt Figur 4.

Abbildung 4: Uracil und Thymin

Vergleich der Phosphatzucker und -grundlagen von DNA und RNA

Ähnlichkeiten zwischen Phosphatzuckern und Basen von DNA und RNA

Phosphate

• Sowohl DNA als auch RNA enthalten eine, zwei oder drei Phosphatgruppen, die an den 5'-Kohlenstoff des Pentose-Zuckers gebunden sind.

Pentose Zucker

• Sowohl DNA als auch RNA enthalten ein Pentosemonosaccharid in ihren Nukleotiden, das an eine stickstoffhaltige Base und eine, zwei oder drei Phosphatgruppen gebunden ist.

Stickstoffhaltige Basen

• Sowohl DNA als auch RNA haben drei Arten von Stickstoffbasen: Adenin, Guanin und Cytosin.

Unterschiede zwischen Phosphatzuckern und Basen von DNA und RNA

Pentose-Zucker

DNA: Der in der DNA enthaltene Pentose-Zucker ist Desoxyribose.

RNA: Der in RNA gefundene Pentose-Zucker ist Ribose.

Konformation des Zuckers

DNA: D-2-Desoxyribose wird im Zuckerphosphat-Rückgrat der DNA gefunden.

RNA: D-Ribose wird im Zucker-Phosphat-Rückgrat von RNA gefunden.

Bedeutung des Pentose-Zuckers in DNA / RNA

DNA: Die 2-Desoxyribose ermöglicht die Bildung von DNA-Doppelhelix.

RNA: Ribose erlaubt aufgrund der Anwesenheit von 2'-Hydroxylgruppen nicht die Bildung einer RNA-Doppelhelix.

Thymin / Uracil

DNA: Thymin wird in DNA gefunden.

RNA: Uracil wird in RNA gefunden.

Bedeutung von Thymin / Uracil

DNA: DNA ist aufgrund der Anwesenheit von Thymin stabiler als RNA.

RNA: RNA ist aufgrund der Anwesenheit von Uracil anstelle von Thymin weniger stabil.

Phosphorylierung

DNA: Desoxyribonukleoside werden durch Desoxyribokinasen phosphoryliert.

RNA: Ribonukleoside werden durch Ribokinasen phosphoryliert.

Phosphorylierungsprodukte

DNA: Phosphorylierung von Desoxyribonukleosiden erzeugt Desoxyribonukleotide.

RNA: Die Phosphorylierung von Ribonukleosiden erzeugt Ribonukleotide.

Fazit

Sowohl DNA als auch RNA bestehen aus einem Pentosezucker, der an eine stickstoffhaltige Base am 1'-Kohlenstoff und eine oder mehrere Phosphatgruppen am 5'-Kohlenstoff gebunden ist. Das Zucker-Phosphat-Rückgrat beider Nukleinsäuretypen wird durch Polymerisation von Nukleotiden über Phosphatgruppen gebildet. Der Pentose-Zucker, der im Zucker-Phosphat-Rückgrat der DNA gefunden wird, ist D-2-Desoxyribose. D-Ribose wird in RNA gefunden. Die in der DNA gefundenen stickstoffhaltigen Basen sind Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin. In RNA wird Uracil gefunden, das das Thymin ersetzt. Man findet eine, zwei oder drei Phosphatgruppen, die an den Pentosezucker gebunden sind. Wenn eine Phosphatgruppe an das Nukleosid gebunden ist, spricht man von Nukleotidmonophosphat. Wenn zwei Phosphatgruppen an das Nucleosid gebunden sind, spricht man von Nucleotid-Diphosphat. Wenn drei Phosphatgruppen an das Nukleosid gebunden sind, spricht man von Nukleotidtriphosphat.

Referenz:
1. "Class Notes". Die Grundlagen: DNA, RNA, Protein. N.p., n. D. Netz. 28. April 2017.
2. "Struktur von Nukleinsäuren". SparkNotes. SparkNotes, n.d. Netz. 28. April 2017.
3. Warum Thymin anstelle von Uracil? Earthling Nature. N.p., 17. Juni 2016. Web. 28. April 2017.

Bildhöflichkeit:
1. "Nucleotide 1" Von Boris (PNG), SVG von Sjef - de: Image: Nucleotides.png (Public Domain) über Commons Wikimedia
2. ”DeoxyriboseLabeled” Von Adenosine (English Wikipedia User) - Englische Wikipedia (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
3. “DNA-Nukleotide” von OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions-Website. 19. Juni 2013 (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia
4. „Pyrimidines2" Von Mtov - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia