DNA và RNA là các axit nucleic, về cơ bản được tạo thành từ một gốc nitơ có chứa đường pentose được liên kết thông qua các nhóm phosphate. Các khối cấu tạo của axit nucleic được gọi là nucleotide. Axit nucleic đóng vai trò là vật chất di truyền của tế bào bằng cách lưu trữ thông tin cần thiết cho sự phát triển, hoạt động và sinh sản của sinh vật. Hầu hết các sinh vật sử dụng DNA làm vật liệu di truyền, trong khi một số ít như retrovirus sử dụng RNA làm vật liệu di truyền. DNA ổn định khi so sánh với RNA do sự khác biệt về lượng đường và bazơ photphat được chia sẻ bởi mỗi loại. Một, hai hoặc ba nhóm photphat có thể được gắn vào đường pentose, tạo ra mono-, di- và triphosphat tương ứng. Đường pentose được DNA sử dụng là deoxyribose và đường pentose được RNA sử dụng là ribose. Các bazơ nitơ được tìm thấy trong DNA là adenin, guanin, cytosine và thymine. Trong RNA, thymine được thay thế bằng uracil.

Bài viết này xem xét,

1. Phốt phát là gì 2. Đường là gì 3. Cơ sở là gì 4. So sánh Phốt phát Đường và cơ sở của ADN và ARN - Điểm giống nhau -Khác nhau

Phosphates là gì

DNA và RNA được tạo thành từ các đơn vị nucleotide lặp lại; deoxyribonucleotide và ribonucleotide, tương ứng. Nucleotide được tạo thành từ một đường pentose, được gắn với một bazơ nitơ và một, hai hoặc ba nhóm photphat. Cả nucleotide DNA và RNA đều có thể gắn vào một, hai hoặc ba nhóm phosphate trên 5 ′ carbon của đường pentose. Các nucleosit liên kết với photphat lần lượt được gọi là mono-, di- và triphosphat. Các phản ứng phosphoryl hóa được xúc tác bởi một lớp enzym được gọi là ATP: D-ribose 5-phosphotransferase. Deoxyribonucleoside được phosphoryl hóa bởi enzyme gọi là deoxyribokinase và RNA nucleoside được phosphoryl hóa bởi enzyme gọi là ribokinase. Sự hình thành các liên kết photphodiester trong quá trình sản xuất đường-photphat xương sống được cung cấp năng lượng bằng cách cắt các liên kết photphat năng lượng cao trong các nucleotit triphospahat. Sự hình thành của từng nucleotide, nucleoside monophosphate, nucleoisde diphosphate và nucleoside triphosphate được thể hiện trong hình 1.

Hình 1: Ba loại nucleotide

Đường là gì

Cả DNA và RNA đều chứa đường pentose. Deoxyribonucleotide chứa deoxyribose và ribonucleotide chứa ribose là đường pentose của chúng. Ribose là một monosaccharide pentose, có chứa một vòng năm nhớ trong cấu trúc của nó. Nó chứa một nhóm chức aldehyde ở dạng mạch hở của nó. Do đó, ribose được gọi là aldopentose. Ribose chứa hai đồng phân đối quang: D-ribose và L-ribose. Cấu trúc xuất hiện tự nhiên là D-ribose, trong đó L-ribose không được tìm thấy trong tự nhiên. D-ribose là một epimer của D-arabinose, khác nhau bởi hóa học lập thể ở 2'.cacbon. Nhóm hydroxyl 2’này rất quan trọng trong quá trình nối RNA.

Đường pentose được tìm thấy trong DNA là deoxyribose. Deoxyribose là một dạng biến đổi của đường, ribose. Nó được hình thành từ ribose 5-phosphate nhờ tác động của enzyme, ribonucleotide reductase. Một nguyên tử oxy bị mất trong khi hình thành deoxyribose từ nguyên tử carbon thứ hai của vòng ribose. Do đó, deoxyribose được gọi chính xác hơn là 2-deoxyriose. 2-deoxyribose chứa hai đồng phân đối quang: D-2-deoxyribose và L-2-deoxyribose. Chỉ có D-2-deoxyribose tham gia vào quá trình hình thành xương sống của DNA. Do không có nhóm hydroxyl 2’trong deoxyribose, DNA có khả năng gấp thành cấu trúc xoắn kép của nó, làm tăng tính linh hoạt cơ học của phân tử. DNA cũng có thể được cuộn chặt để đóng gói thành một hạt nhân nhỏ. Sự khác biệt giữa ribose và deoxyribose là với nhóm hydroxyl 2’có trong ribose. Deoxyribose, khi so sánh với ribose được thể hiện trong hình 2.

Hình 2: Deoxyribose

Căn cứ là gì

Cả DNA và RNA đều được gắn vào một gốc nitơ trên 1’carbon của đường pentose, thay thế nhóm hydroxyl của deoxyribose. Năm loại bazơ nitơ được tìm thấy trong cả DNA và RNA. Chúng là adenin (A), guanin (G), cytosine (C), thymine (T) và uracil (U). Adenine và guanine là purine, được tìm thấy trong vòng pyrimidine có cấu trúc hai vòng hợp nhất với một vòng imidazole. Cytosine, thymine và uracil là các pyrimidine, chứa một cấu trúc vòng pyrimidine sáu cạnh. DNA chứa adenine, guanine, cytosine và thymine trong các nucleotide của nó. RNA chứa uracil, thay vì thymine. Adenine hình thành hai liên kết hydro với thymine và guanine hình thành ba liên kết hydro với cytosine. Cặp bazơ bổ sung trong ADN được gọi là Mô hình ghép nối cơ sở DNA của Watson-Crick. Nó mang hai sợi DNA bổ sung lại với nhau, tạo thành liên kết hydro. Do đó, cấu trúc cuối cùng của DNA là chuỗi kép và phản song song. Trong RNA, uracil hình thành hai liên kết hydro với adenine, thay thế thymine. Sự bắt cặp cơ sở bổ sung của RNA trong cùng một phân tử tạo thành cấu trúc RNA sợi đôi được gọi là vòng kẹp tóc. DNA sợi kép được thể hiện trong hình 3.

Hình 3: DNA

Sự khác biệt giữa thymine và uracil là ở nhóm metyl có trong nguyên tử cacbon 5’của thymine. Uracil có khả năng tạo cặp bazơ với các bazơ khác cũng như ngoài ra adenin và quá trình khử amin của cytosine có thể tạo ra uracil. Do đó, RNA kém ổn định hơn khi so sánh với DNA do sự hiện diện của uracil thay vì thymine. Uracil và thymine được thể hiện trong hình 4.

Hình 4: Uracil và thymine

So sánh đường phốt phát và cơ sở của DNA và RNA

Điểm giống nhau giữa đường photphat và cơ sở của DNA và RNA

Phốt phát

Đường pentose

Bazơ nitơ

Sự khác biệt giữa đường phốt phát và cơ sở của DNA và RNA

Đường pentose

DNA: Đường pentose được tìm thấy trong DNA là deoxyribose.

RNA: Đường pentose có trong RNA là ribose.

Sự biến đổi của đường

DNA: D-2-deoxyribose được tìm thấy trong xương sống đường-phosphate của DNA.

RNA: D-ribose được tìm thấy trong xương sống của đường-phosphate của RNA.

Ý nghĩa của đường Pentose trong DNA / RNA

DNA: 2-deoxyribose cho phép hình thành chuỗi xoắn kép DNA.

RNA: Ribose không cho phép hình thành chuỗi xoắn kép RNA do sự hiện diện của nhóm hydroxyl 2’.

Thymine / Uracil

DNA: Thymine được tìm thấy trong DNA.

RNA: Uracil được tìm thấy trong RNA.

Ý nghĩa của Thymine / Uracil

DNA: DNA ổn định hơn RNA do sự hiện diện của thymine.

RNA: RNA kém ổn định hơn do sự hiện diện của uracil thay vì thymine.

Sự phosphoryl hóa

DNA: Deoxyribonucleoside được phosphoryl hóa bởi deoxyribokinase.

RNA: Ribonucleoside được phosphoryl hóa bởi ribokinase.

Sản xuất photphoryl hóa

DNA: Sự phosphoryl hóa deoxyribonucleosides tạo ra deoxyribonucleotide.

RNA: Sự phosphoryl hóa các ribonucleoside tạo ra các ribonucleotide.

Phần kết luận

Cả DNA và RNA đều bao gồm một đường pentose, được gắn với một cơ sở nitơ trên carbon 1’và một hoặc nhiều nhóm phốt phát trên carbon 5’. Đường-photphat xương sống của cả hai loại axit nucleic được hình thành bằng cách trùng hợp các nucleotit thông qua các nhóm photphat. Đường pentose được tìm thấy trong xương sống đường-phosphate của DNA là D-2-deoxyribose. D-ribose được tìm thấy trong RNA. Các bazơ nitơ được tìm thấy trong DNA là adenin, guanin, cytosine và thymine. Trong RNA, uracil được tìm thấy, thay thế thymine. Một, hai hoặc ba nhóm phốt phát được tìm thấy gắn với đường pentose. Khi một nhóm phosphate được gắn vào nucleoside, nó được gọi là nucleotide monophosphate. Khi hai nhóm phosphate được gắn vào nucleoside, nó được gọi là nucleotide diphosphate. Khi ba nhóm photphat được gắn vào nucleoside, nó được gọi là nucleotide triphosphate.

Tham khảo: 1. ”Ghi chú Lớp học.” Kiến thức cơ bản: DNA, RNA, Protein. N.p., n.d. Web. 28 tháng 4 năm 2017. 2. "Cấu trúc của axit hạt nhân." SparkNotes. SparkNotes, n.d. Web. 28 tháng 4 năm 2017. 3. "Tại sao thymine thay vì uracil?" Bản chất Earthling. N.p., ngày 17 tháng 6 năm 2016. Web. 28 tháng 4 năm 2017.

Hình ảnh được phép: 1. ”Nucleotides 1 ″ của Boris (PNG), SVG của Sjef - vi: Image: Nucleotides.png (Public Domain) qua Commons Wikimedia 2.” DeoxyriboseLabeled ”của Adenosine (Người dùng Wikipedia tiếng Anh) - Wikipedia tiếng Anh (CC BY-SA 3.0) qua Commons Wikimedia 3. “DNA Nucleotides” của OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions Web site. Ngày 19 tháng 6 năm 2013 (CC BY 3.0) qua Commons Wikimedia 4. “Pyrimidines2” của Mtov - Tác phẩm riêng (Miền công cộng) qua Commons Wikimedia