È risaputo che tutte le forme di materia vivente, dai virus agli animali altamente organizzati (compreso l'uomo), hanno un apparato ereditario unico. È rappresentato da molecole di due tipi di acidi nucleici: desossiribonucleico e ribonucleico. In queste sostanze organiche sono codificate informazioni che vengono trasmesse dagli individui genitori alla prole durante la riproduzione. In questo lavoro studieremo sia la struttura che le funzioni del DNA e dell'RNA nella cellula e considereremo anche i meccanismi alla base dei processi di trasferimento delle proprietà ereditarie della materia vivente.
Come si è scoperto, le proprietà degli acidi nucleici, sebbene abbiano alcune caratteristiche comuni, differiscono comunque in molti modi. Pertanto, confronteremo le funzioni del DNA e dell'RNA svolte da questi biopolimeri in cellule di vari gruppi di organismi. La tabella presentata nel lavoro aiuterà a capire qual è la loro differenza fondamentale.
Acidi nucleici –biopolimeri complessi
Le scoperte nel campo della biologia molecolare avvenute all'inizio del XX secolo, in particolare la decodifica della struttura dell'acido desossiribonucleico, sono servite da impulso per lo sviluppo della moderna citologia, genetica, biotecnologia e genetica ingegneria. Dal punto di vista della chimica organica, DNA e RNA sono sostanze macromolecolari costituite da unità ripetute ripetutamente - monomeri, detti anche nucleotidi. È noto che sono interconnessi, formando catene capaci di auto-organizzazione spaziale.
Tali macromolecole di DNA spesso si legano a proteine speciali con proprietà speciali chiamate istoni. I complessi nucleoproteici formano strutture speciali: i nucleosomi, che a loro volta fanno parte dei cromosomi. Gli acidi nucleici si trovano sia nel nucleo che nel citoplasma della cellula, presenti in alcuni dei suoi organelli, come i mitocondri oi cloroplasti.
Struttura spaziale della sostanza ereditaria
Per comprendere le funzioni del DNA e dell'RNA, è necessario comprendere in dettaglio le caratteristiche della loro struttura. Come le proteine, gli acidi nucleici hanno diversi livelli di organizzazione delle macromolecole. La struttura primaria è rappresentata da catene polinucleotidiche, le configurazioni secondarie e terziarie sono autocomplicate a causa del tipo di legame covalente emergente. Un ruolo speciale nel mantenimento della forma spaziale delle molecole appartiene ai legami idrogeno, così come alle forze di interazione di van der Waals. Il risultato è un compattola struttura del DNA, chiamata supercoil.
Monomeri di acidi nucleici
La struttura e le funzioni di DNA, RNA, proteine e altri polimeri organici dipendono dalla composizione qualitativa e quantitativa delle loro macromolecole. Entrambi i tipi di acidi nucleici sono costituiti da elementi costitutivi chiamati nucleotidi. Come è noto dal corso di chimica, la struttura di una sostanza influenza necessariamente le sue funzioni. DNA e RNA non fanno eccezione. Si scopre che il tipo di acido stesso e il suo ruolo nella cellula dipendono dalla composizione del nucleotide. Ogni monomero contiene tre parti: una base azotata, un carboidrato e un residuo di acido fosforico. Esistono quattro tipi di basi azotate per il DNA: adenina, guanina, timina e citosina. Nelle molecole di RNA saranno rispettivamente adenina, guanina, citosina e uracile. I carboidrati sono rappresentati da vari tipi di pentoso. L'acido ribonucleico contiene ribosio, mentre il DNA contiene la sua forma deossigenata, chiamata desossiribosio.
Caratteristiche dell'acido desossiribonucleico
In primo luogo, esamineremo la struttura e le funzioni del DNA. L'RNA, che ha una configurazione spaziale più semplice, sarà da noi studiato nella prossima sezione. Quindi, due filamenti polinucleotidici sono tenuti insieme ripetendo ripetutamente i legami idrogeno formati tra basi azotate. Nella coppia "adenina - timina" ce ne sono due, e nella coppia "guanina - citosina" ci sono tre legami idrogeno.
La corrispondenza conservativa delle basi puriniche e pirimidiniche erascoperto da E. Chargaff ed è stato chiamato il principio di complementarità. In un'unica catena, i nucleotidi sono legati tra loro da legami fosfodiestere formati tra il pentoso e il residuo di acido ortofosforico dei nucleotidi adiacenti. La forma elicoidale di entrambe le catene è mantenuta da legami idrogeno che si verificano tra gli atomi di idrogeno e ossigeno che fanno parte dei nucleotidi. La struttura terziaria superiore (superbobina) è caratteristica del DNA nucleare delle cellule eucariotiche. In questa forma è presente nella cromatina. Tuttavia, batteri e virus contenenti DNA hanno acido desossiribonucleico che non è associato alle proteine. È rappresentato da una forma anulare ed è chiamato plasmide.
Il DNA dei mitocondri e dei cloroplasti, gli organelli delle cellule vegetali e animali, ha lo stesso aspetto. Successivamente, scopriremo come le funzioni del DNA e dell'RNA differiscono l'una dall' altra. La tabella seguente ci mostrerà queste differenze nella struttura e nelle proprietà degli acidi nucleici.
Acido ribonucleico
La molecola di RNA è costituita da un filamento polinucleotidico (l'eccezione sono le strutture a doppio filamento di alcuni virus), che può essere localizzato sia nel nucleo che nel citoplasma cellulare. Esistono diversi tipi di acidi ribonucleici, che differiscono per struttura e proprietà. Pertanto, l'RNA messaggero ha il peso molecolare più alto. È sintetizzato nel nucleo cellulare su uno dei geni. Il compito dell'mRNA è trasferire le informazioni sulla composizione della proteina dal nucleo al citoplasma. La forma di trasporto dell'acido nucleico attacca i monomeri proteici– aminoacidi - e li consegna al luogo della biosintesi.
Infine, l'RNA ribosomiale si forma nel nucleolo ed è coinvolto nella sintesi proteica. Come puoi vedere, le funzioni del DNA e dell'RNA nel metabolismo cellulare sono diverse e molto importanti. Dipenderanno, prima di tutto, dalle cellule di cui gli organismi contengono le molecole della sostanza ereditaria. Quindi, nei virus, l'acido ribonucleico può fungere da vettore di informazioni ereditarie, mentre nelle cellule degli organismi eucarioti, solo l'acido desossiribonucleico ha questa capacità.
Funzioni del DNA e dell'RNA nel corpo
Secondo la loro importanza, gli acidi nucleici, insieme alle proteine, sono i composti organici più importanti. Conservano e trasmettono proprietà e tratti ereditari dal genitore alla prole. Definiamo la differenza tra le funzioni del DNA e dell'RNA. La tabella seguente mostrerà queste differenze in modo più dettagliato.
| Visualizza | Metti in una gabbia | Configurazione | Funzione |
| DNA | core | superspirale | conservazione e trasmissione di informazioni ereditarie |
| DNA |
mitocondri cloroplasti |
circolare (plasmide) | trasmissione locale di informazioni ereditarie |
| iRNA | citoplasma | lineare | rimozione di informazioni dal gene |
| tRNA | citoplasma | secondaria | trasporto di aminoacidi |
| rRNA | core ecitoplasma | lineare | formazione di ribosomi |
Quali sono le caratteristiche della sostanza dell'ereditarietà dei virus?
Gli acidi nucleici dei virus possono essere sotto forma di eliche o anelli sia a filamento singolo che a doppio filamento. Secondo la classificazione di D. B altimora, questi oggetti del microcosmo contengono molecole di DNA costituite da una o due catene. Il primo gruppo include agenti patogeni dell'herpes e adenovirus e il secondo include, ad esempio, parvovirus.
Le funzioni dei virus a DNA e RNA sono di penetrare le proprie informazioni ereditarie nella cellula, eseguire reazioni di replicazione delle molecole di acido nucleico virale e assemblare particelle proteiche nei ribosomi della cellula ospite. Di conseguenza, l'intero metabolismo cellulare è completamente subordinato ai parassiti che, moltiplicandosi rapidamente, portano la cellula alla morte.
Virus a RNA
In virologia, è consuetudine dividere questi organismi in diversi gruppi. Quindi, il primo include specie chiamate RNA a filamento singolo (+). Il loro acido nucleico svolge le stesse funzioni dell'RNA messaggero delle cellule eucariotiche. Un altro gruppo include RNA a filamento singolo (-). In primo luogo, la trascrizione avviene con le loro molecole, portando alla comparsa di (+) molecole di RNA e queste, a loro volta, servono come modello per l'assemblaggio delle proteine virali.
In base a quanto precede, per tutti gli organismi, compresi i virus, le funzioni del DNA e dell'RNA sono brevemente caratterizzate come segue: conservazione delle caratteristiche e delle proprietà ereditarie dell'organismo e loro ulteriore trasmissione alla prole.
