เป็นที่ทราบกันดีว่าสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ ตั้งแต่ไวรัสไปจนถึงสัตว์ที่มีการจัดการอย่างสูง (รวมถึงมนุษย์) มีเครื่องมือในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่ไม่เหมือนใคร มันถูกแสดงโดยโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกสองประเภท: ดีออกซีไรโบนิวคลีอิกและไรโบนิวคลีอิก ในสารอินทรีย์เหล่านี้ ข้อมูลจะถูกเข้ารหัสที่ส่งผ่านจากผู้ปกครองไปยังลูกหลานในระหว่างการสืบพันธุ์ ในงานนี้ เราจะศึกษาทั้งโครงสร้างและหน้าที่ของ DNA และ RNA ในเซลล์ และพิจารณากลไกที่เป็นรากฐานของกระบวนการถ่ายทอดคุณสมบัติทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต
ปรากฏว่าคุณสมบัติของกรดนิวคลีอิกถึงแม้จะมีลักษณะทั่วไปบางประการ แต่ก็มีความแตกต่างกันหลายประการ ดังนั้น เราจะเปรียบเทียบหน้าที่ของ DNA และ RNA ที่ดำเนินการโดย biopolymers เหล่านี้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่างๆ ตารางที่นำเสนอในงานจะช่วยให้เข้าใจว่าอะไรคือความแตกต่างพื้นฐานของพวกเขา
กรดนิวคลีอิก –ไบโอโพลีเมอร์เชิงซ้อน
การค้นพบในสาขาอณูชีววิทยาที่เกิดขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะการถอดรหัสโครงสร้างของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ทำหน้าที่เป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาเซลล์วิทยา พันธุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพและพันธุกรรมสมัยใหม่ วิศวกรรม. จากมุมมองของเคมีอินทรีย์ DNA และ RNA เป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยที่ทำซ้ำ ๆ - โมโนเมอร์หรือที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าพวกมันเชื่อมต่อถึงกัน ทำให้เกิดโซ่ที่สามารถจัดระเบียบตัวเองเชิงพื้นที่ได้
โมเลกุลของดีเอ็นเอดังกล่าวมักจะจับกับโปรตีนชนิดพิเศษที่มีคุณสมบัติพิเศษที่เรียกว่าฮิสโตน คอมเพล็กซ์นิวคลีโอโปรตีนสร้างโครงสร้างพิเศษ - นิวคลีโอโซมซึ่งในทางกลับกันเป็นส่วนหนึ่งของโครโมโซม กรดนิวคลีอิกสามารถพบได้ทั้งในนิวเคลียสและในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ซึ่งมีอยู่ในออร์แกเนลล์บางชนิด เช่น ไมโทคอนเดรียหรือคลอโรพลาสต์
โครงสร้างเชิงพื้นที่ของสารพันธุกรรม
เพื่อให้เข้าใจหน้าที่ของ DNA และ RNA คุณต้องเข้าใจรายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติของโครงสร้างของพวกมัน เช่นเดียวกับโปรตีน กรดนิวคลีอิกมีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลขนาดใหญ่หลายระดับ โครงสร้างปฐมภูมิแสดงด้วยสายโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์ โครงแบบทุติยภูมิและตติยภูมิมีความซับซ้อนในตัวเองเนื่องจากพันธะโควาเลนต์ชนิดใหม่ บทบาทพิเศษในการรักษารูปร่างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลเป็นของพันธะไฮโดรเจน เช่นเดียวกับแรงปฏิสัมพันธ์ของแวนเดอร์วาลส์ ผลลัพธ์ที่ได้คือความกะทัดรัดโครงสร้างของ DNA ที่เรียกว่า supercoil
โมโนเมอร์กรดนิวคลีอิก
โครงสร้างและหน้าที่ของ DNA, RNA, โปรตีน และโพลีเมอร์อินทรีย์อื่นๆ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของโมเลกุลขนาดใหญ่ กรดนิวคลีอิกทั้งสองชนิดประกอบด้วยหน่วยการสร้างที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ ดังที่ทราบจากหลักสูตรเคมี โครงสร้างของสารจำเป็นต้องส่งผลต่อการทำงานของสาร DNA และ RNA ก็ไม่มีข้อยกเว้น ปรากฎว่าชนิดของกรดเองและบทบาทของกรดในเซลล์นั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ โมโนเมอร์แต่ละตัวประกอบด้วยสามส่วน: เบสไนโตรเจน คาร์โบไฮเดรต และกรดฟอสฟอริกตกค้าง เบสไนโตรเจนสำหรับ DNA มีสี่ประเภท: อะดีนีน กัวนีน ไทมีน และไซโตซีน ในโมเลกุล RNA พวกมันจะเป็น adenine, guanine, cytosine และ uracil ตามลำดับ คาร์โบไฮเดรตเป็นตัวแทนของเพนโทสประเภทต่างๆ กรดไรโบนิวคลีอิกประกอบด้วยไรโบส ในขณะที่ DNA มีรูปแบบออกซิเจนที่เรียกว่าดีออกซีไรโบส
คุณสมบัติของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก
อันดับแรก มาดูโครงสร้างและหน้าที่ของ DNA กัน เราจะทำการศึกษา RNA ซึ่งมีการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ที่ง่ายกว่าในหัวข้อถัดไป ดังนั้น โพลีนิวคลีโอไทด์สองเส้นจึงถูกยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดซ้ำๆ กันซึ่งเกิดขึ้นระหว่างเบสไนโตรเจน ในคู่ "adenine - thymine" มีสองและในคู่ "guanine - cytosine" มีพันธะไฮโดรเจนสามตัว
การโต้ตอบแบบอนุรักษ์นิยมของฐาน purine และ pyrimidine คือค้นพบโดย E. Chargaff และถูกเรียกว่าหลักการของการเติมเต็ม ในสายโซ่เดียว นิวคลีโอไทด์ถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันโดยพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ที่เกิดขึ้นระหว่างเพนโทสและกรดออร์โธฟอสฟอริกตกค้างของนิวคลีโอไทด์ที่อยู่ติดกัน รูปแบบเกลียวของโซ่ทั้งสองนั้นคงอยู่โดยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับออกซิเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ โครงสร้างที่สูงขึ้น - ตติยภูมิ (supercoil) - เป็นลักษณะของ DNA นิวเคลียร์ของเซลล์ยูคาริโอต ในรูปแบบนี้มีอยู่ในโครมาติน อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียและไวรัสที่มี DNA มีกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกที่ไม่เกี่ยวข้องกับโปรตีน เป็นรูปวงแหวนเรียกว่าพลาสมิด
ดีเอ็นเอของไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ ออร์แกเนลล์ของเซลล์พืชและสัตว์มีลักษณะเหมือนกัน ต่อไป เราจะมาดูกันว่าหน้าที่ของ DNA และ RNA แตกต่างกันอย่างไร ตารางด้านล่างจะแสดงให้เราเห็นความแตกต่างเหล่านี้ในโครงสร้างและคุณสมบัติของกรดนิวคลีอิก
กรดไรโบนิวคลีอิก
โมเลกุลอาร์เอ็นเอประกอบด้วยโพลีนิวคลีโอไทด์หนึ่งสาย (ยกเว้นโครงสร้างแบบสองสายของไวรัสบางชนิด) ซึ่งสามารถพบได้ทั้งในนิวเคลียสและในไซโตพลาสซึมของเซลล์ กรดไรโบนิวคลีอิกมีหลายประเภท ซึ่งมีโครงสร้างและคุณสมบัติต่างกัน ดังนั้น RNA ของผู้ส่งสารจึงมีน้ำหนักโมเลกุลสูงสุด มันถูกสังเคราะห์ในนิวเคลียสของเซลล์ในยีนตัวใดตัวหนึ่ง หน้าที่ของ mRNA คือการถ่ายโอนข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของโปรตีนจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึม รูปแบบการขนส่งของกรดนิวคลีอิกยึดติดกับโปรตีนโมโนเมอร์– กรดอะมิโน - และส่งไปยังที่สังเคราะห์
สุดท้าย ไรโบโซมอาร์เอ็นเอจะก่อตัวขึ้นในนิวเคลียสและมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน อย่างที่คุณเห็น หน้าที่ของ DNA และ RNA ในเมแทบอลิซึมของเซลล์นั้นมีความหลากหลายและสำคัญมาก ประการแรกจะขึ้นอยู่กับเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีโมเลกุลของสารพันธุกรรม ดังนั้นในไวรัส กรดไรโบนิวคลีอิกสามารถทำหน้าที่เป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม ในขณะที่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต มีเพียงกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเท่านั้นที่มีความสามารถนี้
หน้าที่ของ DNA และ RNA ในร่างกาย
ตามความสำคัญของกรดนิวคลีอิกพร้อมกับโปรตีนเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญที่สุด พวกเขารักษาและถ่ายทอดคุณสมบัติและลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อแม่สู่ลูก มานิยามความแตกต่างระหว่างหน้าที่ของ DNA และ RNA ตารางด้านล่างจะแสดงความแตกต่างเหล่านี้โดยละเอียด
| ดู | อยู่ในกรง | การกำหนดค่า | ฟังก์ชั่น |
| DNA | คอร์ | ซุปเปอร์สไปรัล | การเก็บรักษาและการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม |
| DNA |
ไมโตคอนเดรีย คลอโรพลาสต์ |
วงกลม (พลาสมิด) | การถ่ายทอดทางพันธุกรรมในท้องถิ่น |
| iRNA | ไซโตพลาสซึม | เชิงเส้น | ลบข้อมูลจากยีน |
| tRNA | ไซโตพลาสซึม | รอง | ขนส่งกรดอะมิโน |
| rRNA | คอร์และไซโตพลาสซึม | เชิงเส้น | การก่อตัวของไรโบโซม |
สารพันธุกรรมของไวรัสมีลักษณะอย่างไร
กรดนิวคลีอิกของไวรัสสามารถอยู่ในรูปแบบของเกลียวหรือวงแหวนทั้งแบบเกลียวเดี่ยวและเกลียวคู่ ตามการจำแนกประเภทของ D. B altimore วัตถุเหล่านี้ในพิภพเล็กมีโมเลกุลดีเอ็นเอซึ่งประกอบด้วยสายโซ่หนึ่งหรือสองสาย กลุ่มแรกประกอบด้วยเชื้อก่อโรคเริมและ adenoviruses และกลุ่มที่สองประกอบด้วย parvoviruses ตัวอย่างเช่น parvoviruses
หน้าที่ของไวรัส DNA และ RNA คือการเจาะข้อมูลทางพันธุกรรมของพวกมันเข้าไปในเซลล์ ทำปฏิกิริยาการจำลองของโมเลกุลกรดนิวคลีอิกของไวรัส และประกอบอนุภาคโปรตีนในไรโบโซมของเซลล์เจ้าบ้าน ผลที่ได้คือ เมแทบอลิซึมของเซลล์ทั้งหมดนั้นด้อยกว่าปรสิตอย่างสมบูรณ์ ซึ่งการทวีคูณอย่างรวดเร็วทำให้เซลล์ตาย
ไวรัสอาร์เอ็นเอ
ในทางไวรัสวิทยา เป็นเรื่องปกติที่จะแบ่งสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ออกเป็นหลายกลุ่ม ดังนั้น สิ่งแรกรวมถึงสปีชีส์ที่เรียกว่า RNA สายเดี่ยว (+) กรดนิวคลีอิกของพวกมันทำหน้าที่เหมือนกับสาร RNA ของผู้ส่งสารของเซลล์ยูคาริโอต อีกกลุ่มหนึ่งรวมถึงอาร์เอ็นเอสายเดี่ยว (-) ประการแรก การถอดรหัสเกิดขึ้นกับโมเลกุลของพวกมัน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของ (+) โมเลกุลอาร์เอ็นเอ และในทางกลับกัน สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการประกอบโปรตีนจากไวรัส
ตามที่กล่าวมาแล้ว สำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด รวมทั้งไวรัส หน้าที่ของ DNA และ RNA มีลักษณะเฉพาะโดยสังเขปดังนี้: การจัดเก็บลักษณะทางพันธุกรรมและคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตและการส่งต่อไปยังลูกหลาน
