Περιεχόμενο
Η σημασία του γενετικού κώδικα έγκειται στην εγγενή ικανότητά του να δημιουργεί πρωτεΐνες, τις βασικές μονάδες δομής και λειτουργίας σε κάθε ζωντανό κύτταρο. Όλοι οι οργανισμοί περιέχουν RNA ή DNA ως γενετικό τους κώδικα. Οι πρώτοι οργανισμοί χρησιμοποίησαν RNA, ή ριβονουκλεϊκό οξύ, ως κώδικά τους για την παραγωγή πρωτεϊνών. Καθώς οι μορφές ζωής αυξήθηκαν στην πολυπλοκότητα, το DNA ή το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, αντικατέστησε το RNA ως το αινιγματικό μήνυμα ότι τα κύτταρα μεταφράζονται σε διαδικασίες που δίνουν ζωή, αλλά το RNA διατήρησε ειδικές λειτουργίες που σχετίζονται με το DNA και την παραγωγή πρωτεϊνών. Το RNA μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες τόσο των πρωτεϊνών όσο και του DNA σε ορισμένους οργανισμούς, με λιγότερη αποτελεσματικότητα.
Σύνθεση και δομή
Το DNA είναι μια μεγαλύτερη και πιο εκτεταμένη δομή από το RNA. Το DNA περιέχει δύο αλυσίδες που αλληλοσυμπληρώνονται και συνδέονται μέσω χημικών δεσμών. Το RNA αποτελείται από ένα μονό κλώνο. Το DNA είναι παρόμοιο με μια σπειροειδή σκάλα, ενώ το RNA είναι μόνο το μισό της σκάλας. Το RNA χρησιμοποιεί ριβόζη ως το συστατικό του σακχάρου, ενώ το DNA χρησιμοποιεί δεοξυριβόζη, η οποία είναι ακριβώς η ίδια με τη ριβόζη, μείον ένα άτομο οξυγόνου.
Και τα δύο νουκλεϊκά οξέα έχουν νουκλεοτίδια, δομές αποτελούμενες από εναλλασσόμενα μόρια σακχάρου και φωσφορικά που συνδέονται με ένα άλλο μόριο - μια αζωτούχα βάση. Τα σάκχαρα και τα φωσφορικά άλατα εναλλάσσονται μεταξύ τους σχηματίζουν τα «βήματα της σκάλας». Οι βάσεις αζώτου (πουρίνες και πυριμιδίνες) κρέμονται από το συστατικό του σακχάρου. Τόσο το DNA όσο και το RNA περιέχουν τις πουρίνες αδενίνη και γουανίνη. Το DNA χρησιμοποιεί την πυριμιδίνη κυτοσίνη και θυμίνη, ενώ το RNA χρησιμοποιεί κυτοσίνη και ουρακίλη.
Λειτουργίες
Το DNA έχει μια μοναδική και κεντρική λειτουργία στα κύτταρα: αποθήκευση του κώδικα γενετικών πληροφοριών. Υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη RNA στα κύτταρα και κάθε τύπος έχει μια συγκεκριμένη δομή και λειτουργία. Το messenger RNA (mRNA) δημιουργείται όταν το κύτταρο χρειάζεται να παράγει πρωτεΐνες. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, που ονομάζεται μεταγραφή, ένα σήμα ενεργοποιεί τους κλώνους DNA και το mRNA σχηματίζεται κατά μήκος του μονόκλωνου DNA, νουκλεοτίδιο από νουκλεοτίδιο. Ο μονός κλώνος του mRNA ταξιδεύει σε ένα ριβόσωμα. Το ριβοσωμικό RNA ή το rRNA είναι μέρος ριβοσωμάτων, δομών όπου συντίθενται πρωτεΐνες. Μεταφορά RNA, ή tRNA, μεταφέρει αμινοξέα - τις βασικές μονάδες που παράγουν πρωτεΐνες - σε ριβοσώματα, για προσάρτηση στον κλώνο mRNA. Κάθε tRNA περιέχει ένα μοναδικό ειδικό αμινοξύ. Η πρωτεΐνη είναι κατασκευασμένη κατά μήκος της αλυσίδας mRNA, ένα αμινοξύ κάθε φορά. Μόλις το tRNA απελευθερώσει το αμινοξύ, παίρνει ένα άλλο και επιστρέφει στη θέση σύνθεσης πρωτεϊνών.
Διανομή
Το DNA βρίσκεται είτε σε συγκεκριμένες περιοχές κυττάρων είτε παραμένει εντός του πυρήνα, όπου προστατεύεται από τον πυρηνικό φάκελο. Το RNA, το οποίο εμφανίζεται σε μεγαλύτερους αριθμούς από το DNA, εξαπλώνεται σε όλα τα κύτταρα. Το mRNA δεν υπάρχει έως ότου ένα σήμα από τον πυρήνα ζητήσει σύνθεση πρωτεϊνών και η αλυσίδα mRNA αρχίζει να σχηματίζεται μπροστά από το μοντέλο DNA σας στον πυρήνα. Μέσα στα ριβοσώματα, το rRNA συγκρατεί τη πρωτεΐνη στη θέση της. Εν τω μεταξύ, τα μόρια tRNA επιπλέουν στο κυτόπλασμα - τη ζελατινώδη ουσία που σχηματίζει το εσωτερικό ενός κυττάρου. Ενώ ένας κλώνος mRNA συγκρατείται στη θέση του από το ριβόσωμα, το tRNA κινείται γύρω από το κυτόπλασμα αναζητώντας επιπλέοντα αμινοξέα ειδικά για ορισμένες μονάδες του tRNA.
Σταθερότητα
Το RNA φαίνεται να ήταν ο πρόδρομος του DNA, αλλά με την πάροδο του χρόνου το DNA έχει αποδειχθεί καλύτερα προσαρμοσμένο στο έργο της αποθήκευσης γενετικού υλικού. Το DNA είναι δομικά πιο σταθερό από το RNA, εν μέρει λόγω της σύνθεσης του τμήματος σακχάρου του. Η δεοξυριβόζη, η οποία στερείται ατόμου οξυγόνου, δεν αντιδρά τόσο εύκολα όσο η ριβόζη. Μερικές φορές, τα μόρια σακχάρου χάνουν τους δεσμούς τους με αζωτούχες βάσεις: αυτά τα σφάλματα συμβαίνουν συχνότερα στο RNA παρά στο DNA. Ο διπλός κλώνος του DNA σταθεροποιεί επίσης το μόριο, εμποδίζοντας τις χημικές ουσίες να το καταστρέψουν εύκολα.
Καθώς το DNA αποτελείται από δύο κλώνους, μπορεί να επισκευαστεί χρησιμοποιώντας τον προσβεβλημένο κλώνο για να συναρμολογηθεί ένας νέος αντίθετος κλώνος. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αναπαραγωγής, τα σφάλματα εμφανίζονται συχνότερα κατά την αντιγραφή του RNA παρά στο DNA. Τέλος, η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση του RNA είναι μικρότερη από τη διάσπαση του DNA, πράγμα που σημαίνει ότι το RNA μπορεί να σπάσει πιο εύκολα.
Επιπτώσεις στους ιούς
Ένας ιός, που θεωρείται μη ζωντανός, μπορεί να χρησιμοποιήσει τόσο το DNA όσο και το RNA ως γενετικό κώδικα και ο τύπος του νουκλεϊκού οξέος μεταβάλλει σημαντικά την ισχύ του ιού. Γενικά, οι ιοί RNA τείνουν να προκαλούν πιο επικίνδυνες ασθένειες. Δεδομένου ότι το RNA είναι λιγότερο σταθερό από το DNA, μεταμορφώνεται με ρυθμό 300 φορές μεγαλύτερο από αυτό των ιών DNA. Οι συχνές μεταλλάξεις προκαλούν τους ιούς RNA να προσαρμοστούν καλύτερα στο ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή. Οι ιοί εισέρχονται συχνά στους ξενιστές τους μέσω του σώματος μέσω ενός είδους ενδιάμεσης μεταφοράς, που ονομάζεται φορέας. Οι ιοί DNA έχουν περισσότερους περιορισμούς φορέα από τους ιούς RNA, πράγμα που σημαίνει ότι περισσότεροι οργανισμοί μπορούν να μεταφέρουν και να μεταδίδουν ιούς RNA. Επιπλέον, οι ιοί DNA τείνουν να κολλούν σε έναν ξενιστή, ενώ οι ιοί RNA μπορεί να είναι σε θέση να μολύνουν ένα ευρύ φάσμα ξενιστών.