Дезоксирибонуклеин қышқылы мен рибонуклеин қышқылы молекулаларының құрылымындағы ұқсастықтар мен айырмашылықтар

Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) мен рибонуклеин қышқылы (РНҚ) – тірі ағзалардағы генетикалық ақпаратты сақтау, тасымалдау және жүзеге асыруға арналған негізгі биополимерлер. Екеуінің де жасушада атқаратын ролі ерекше, әрі бір-бірімен тығыз байланысты. ДНҚ – тұқым қуалаушылықтың басты материалы, ал РНҚ – осы ақпаратты белсенді түрде іске қосатын аралық тетік. Әрине, олардың қызметтік ерекшеліктері молекула құрылымына тікелей тәуелді. Сондықтан ДНҚ мен РНҚ молекулаларының құрылымдық ұқсастықтары мен айырмашылықтарын терең түсіну биология, медицина, генетика және биотехнология салаларында маңызды білім береді.

Бұл баяндамада ДНҚ мен РНҚ молекулаларының химиялық құрамы, кеңістіктік құрылымы, қызметтері, биологиялық рөлі жан-жақты салыстырылып, студенттерге арналған толық әрі ғылыми негізделген мазмұн ұсынылады.

1. Нуклеин қышқылдарының жалпы сипаттамасы

Нуклеин қышқылдары – нуклеотидтерден тұратын полимерлі органикалық қосылыстар. Әрбір нуклеотид үш бөліктен құралады:

1. Фосфат қалдығы

2. Азотты негіз

3. Пентоза (бес көміртекті қант)

Бұл жалпы құрылым ДНҚ мен РНҚ-ға ортақ. Алайда екі қышқылдың арасындағы айырмашылық осы компоненттердің нақты түрінде байқалады.

2. ДНҚ мен РНҚ құрылымындағы ұқсастықтар

ДНҚ мен РНҚ арасындағы ұқсастықтар олардың ортақ эволюциялық шығу тегі мен бірлескен қызметтерін көрсетеді. Төменде негізгі ұқсастықтар қарастырылады.

2.1. Екеуі де нуклеотидтерден құралады

ДНҚ да, РНҚ да көптеген нуклеотидтердің фосфодиэфир байланыстары арқылы жалғасуынан пайда болатын полимерлі тізбек. Әр нуклеотидтің құрамындағы фосфат тобы мен азотты негіздердің жалпы құрылымы екеуіне ортақ.

2.2. Фосфодиэфир байланыстары

Екі молекуланың да тізбегі нуклеотидтердің фосфат және қант топтары арқылы байланысуы нәтижесінде түзіледі. Бұл байланыстар тізбектің беріктігін қамтамасыз етеді.

2.3. Азотты негіздердің ұқсастығы

ДНҚ мен РНҚ құрамында ортақ негіздер бар:

• аденин (A)

• гуанин (G)

• цитозин (C)

Бұл олардың генетикалық ақпаратты танып, жүзеге асыруда бірлескен әрекет атқаратынын білдіреді.

2.4. Генетикалық процестерге бірдей қатысады

ДНҚ ақпаратты сақтаса, РНҚ сол ақпараттың транскрипция, трансляция кезеңдерінде жұмыс істейді. Сондықтан екеуі де тұқым қуалаушылықтың негізін құрайды.

2.5. Полимерлі тізбектердің полярлығы

Олардың тізбектері 5’-және 3’-бағыттарға ие, яғни полярлы. Бұл ферменттердің (полимераза, лигаза, нуклеаза) жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

3. ДНҚ мен РНҚ молекулаларының құрылымындағы айырмашылықтар

ДНҚ мен РНҚның басты айырмашылықтары олардың қызметтік ерекшеліктеріне сәйкес қалыптасқан. Бұл айырмашылықтар химиялық құрамынан бастап кеңістіктік конфигурациясына дейін созылады.

3.1. Қанттың түрі

Бұл – екеуін ажырататын негізгі белгі.

ДНҚ құрамындағы қант — дезоксирибоза

• Дезоксирибоза молекуласында бір оттек атомы аз.

• Оның формуласы: C₅H₁₀O₄

• "Дезокси" — оттектің жоқ екенін білдіреді.

РНҚ құрамындағы қант — рибоза

• Рибозаның құрамында бір оттек атомы артық: C₅H₁₀O₅

• Бұл РНҚ-ның химиялық тұрақтылығын төмендетіп, оны реактивті етеді.

3.2. Азотты негіздердегі айырмашылық

ДНҚ құрамында:

• Аденин (A)

• Тимин (T)

• Гуанин (G)

• Цитозин (C)

РНҚ құрамында:

• Аденин (A)

• Урацил (U)

• Гуанин (G)

• Цитозин (C)

РНҚ-да тимин болмайды, оның орнына урацил қолданылады. Бұл транскрипцияның ерекшелігін көрсетеді.

3.3. Тізбектер саны

ДНҚ — қос тізбекті

• Қос спираль түрінде оралған

• Тізбектер комплементарлы: А–Т, Г–Ц

• Бұл құрылым генетикалық тұрақтылықты күшейтеді

РНҚ — көбінесе жалғыз тізбекті

• Тек бір тізбектен тұрады

• Бірақ іштей ширатылып, қос спиральді аймақтар түзе алады

РНҚ-ның жалғыз тізбекті болуы оның көпфункционалдылығын қамтамасыз етеді.

3.4. Кеңістіктік құрылым

ДНҚ

• Дұрыс, тұрақты қос спираль

• Геликс түрінде

• Ұзын молекула, миллиондаған нуклеотидтерден тұрады

РНҚ

• Қысқа тізбек (көбінесе 70–3000 нуклеотид)

• Өте икемді, күрделі ілмек тәрізді құрылымдар түзе алады

• тРНҚ, рРНҚ сияқты құрылымдық формалары бар

3.5. Тұрақтылық

ДНҚ өте тұрақты

• Қос тізбекті

• Дезоксирибоза реактивті емес

• Тиминнің болуы мутациядан қорғайды

РНҚ тұрақсыз

• Рибозадағы гидроксил тобы (–OH) гидролизге әкеледі

• Жасушада тез ыдырайды

• Орташа тіршілік уақыты бірнеше сағат немесе минут

3.6. Жасушадағы орналасуы

ДНҚ

• Ядроның ішінде

• Митохондрия мен хлоропластарда да болады

РНҚ

• Ядро

• Цитоплазма

• Рибосома

• Митохондрия

РНҚ жасушада кеңінен таралған.

3.7. Қызметтік айырмашылықтар

ДНҚ негізгі қызметі

• Генетикалық ақпаратты сақтау

• Репликация арқылы ұрпаққа жеткізу

РНҚ қызметтері әртүрлі

• мРНҚ – ақпарат тасымалдау

• тРНҚ – аминқышқылдарын тасу

• рРНҚ – рибосома құрамына кіру

• кішкентай РНҚ-лар – гендерді реттеу

Яғни РНҚ – белок синтезінің барлық сатыларына қатысатын әмбебап молекула.

4. ДНҚ мен РНҚ-ның биологиялық рөлі

4.1. ДНҚ-ның рөлі

• Генетикалық материал

• Репликацияға қабілетті

• Ағза дамуы мен жасуша қызметін бақылайды

• Мутация арқылы эволюция механизмін іске қосады

4.2. РНҚ-ның рөлі

• ДНҚ ақпаратын рибосомаға жеткізеді

• Белок синтезінің негізгі қатысушысы

• Ферменттік қызмет атқаратын рибозимдер бар

• Ген экспрессиясын реттейді

РНҚ-ның қызмет өрісі ДНҚ-ға қарағанда әлдеқайда кең.

5. ДНҚ мен РНҚ-ның қалыптасу процестері

5.1. Репликация – ДНҚ-ның көбеюі

Репликация – ДНҚ-ның өздігінен екі еселенуі.

• ДНҚ-полимераза ферменті жұмыс істейді

• Қос тізбек ажырайды

• Әр тізбекке комплементарлы жаңа тізбек синтезделеді

5.2. Транскрипция – РНҚ синтезі

• ДНҚ-ның белгілі бір бөлігі мРНҚ-ға көшіріледі

• РНҚ-полимераза ферменті қатысады

• Тиминнің орнына урацил келеді

5.3. Трансляция – белок синтезі

• мРНҚ рибосомаға келеді

• тРНҚ аминқышқылдарын тасиды

• рРНҚ ферменттік қызмет атқарып, пептидтік байланыстарды қалыптастырады

Осы процестердің барлығы ДНҚ мен РНҚ-ның бір-бірінсіз өмір сүре алмайтынын дәлелдейді.

6. ДНҚ және РНҚ арасындағы негізгі айырмашылықтарды қорытындылау

Қорытынды

ДНҚ мен РНҚ – тіршіліктің негізін құрайтын екі маңызды молекула. Олардың құрылымдық ұқсастықтары бір шығу тегін көрсетсе, айырмашылықтары жасушада атқаратын қызметтерімен тығыз байланысты. ДНҚ – тұрақты, берік, ақпарат сақтаушы жүйе. Ол ағзаның барлық белгілерін көрсетуге қажетті ақпаратты ұзақ уақыт бойы сақтауға қабілетті. Ал РНҚ – осы ақпаратты белсенді түрде іске қосатын, динамикалық, көп қызметті молекула.

Олардың ерекшеліктерін терең түсіну – генетика, молекулалық биология, медицина, фармакология және биотехнология салаларында маңызды. Қазіргі заманғы ғылымда, соның ішінде генетикалық инженерия, CRISPR технологиясы, диагностика мен терапия салаларында ДНҚ мен РНҚ-ның құрылымы мен қасиеттерін білу негізгі талаптардың бірі.