Vergelijk de fosfaat-suikers en basen van DNA en RNA

DNA en RNA zijn nucleïnezuren, die in wezen bestaan ​​uit een stikstofhoudende base die pentosesuikers bevat die via fosfaatgroepen zijn gekoppeld. De bouwstenen van nucleïnezuren worden nucleotiden genoemd. Nucleïnezuren dienen als genetisch materiaal van de cel door informatie op te slaan die nodig is voor de ontwikkeling, het functioneren en de reproductie van organismen. De meeste organismen gebruiken DNA als hun genetisch materiaal, terwijl weinigen zoals retrovirussen RNA gebruiken als hun genetisch materiaal. DNA is stabiel in vergelijking met RNA vanwege de verschillen in fosfaat suikers en basen gedeeld door elk van hen. Eén, twee of drie fosfaatgroepen kunnen aan de pentosesuiker worden bevestigd, waarbij respectievelijk mono-, di- en trifosfaten worden geproduceerd. Pentosesuiker die door DNA wordt gebruikt, is deoxyribose en de pentosesuiker die door RNA wordt gebruikt, is ribose. Stikstofhoudende basen die in DNA worden aangetroffen zijn adenine, guanine, cytosine en thymine. In RNA wordt thymine vervangen door uracil.

Dit artikel kijkt naar,

1. Wat zijn fosfaten
2. Wat zijn suikers
3. Wat zijn basen
4. Vergelijking van fosfaten Suikers en basen van DNA en RNA
      - overeenkomsten
      -verschillen

Wat zijn fosfaten

DNA en RNA zijn opgebouwd uit herhalende eenheden van nucleotiden; deoxyribonucleotiden en ribonucleotiden, respectievelijk. Nucleotide bestaat uit een pentosesuiker, die is vastgemaakt aan een stikstofhoudende base en een, twee of drie fosfaatgroepen. Zowel DNA- als RNA-nucleotiden kunnen hechten aan één, twee of drie fosfaatgroepen op hun 5'-koolstof van de pentosesuiker. Fosfaatgebonden nucleosiden worden respectievelijk mono-, di- en trifosfaten genoemd. De fosforyleringsreacties worden gekatalyseerd door een klasse van enzymen die ATP: D-ribose 5-fosfotransferase wordt genoemd. Deoxyribonucleosiden worden gefosforyleerd door het enzym deoxyribokinase en RNA-nucleosiden worden gefosforyleerd door het enzym ribokinase. De vorming van fosfodiesterbindingen tijdens de productie van suiker-fosfaat backbone wordt geactiveerd door het snijden van de hoge energie fosfaatbindingen in de nucleotide trifosfaten. De vorming van elk nucleotide, nucleoside monofosfaat, nucleoisedifosfaat en nucleoside trifosfaat wordt getoond in Figuur 1.

Figuur 1: Drie nucleotidetypen

Wat zijn suikers

Zowel DNA als RNA bevatten pentosesuikers. Deoxyribonucleotiden bevatten deoxyribose en ribonucleotiden bevatten ribose als hun pentosesuikers. Ribose is een pentose monosaccharide, dat een vijfring in zijn structuur bevat. Het bevat een aldehyde functionele groep in de vorm van een open keten. Vandaar dat ribose aldopentose wordt genoemd. Ribose bevat twee enantiomeren: D-ribose en L-ribose. De van nature voorkomende conformatie is D-ribose, waarbij L-ribose niet in de natuur wordt aangetroffen. D-ribose is een epimeer van D-arabinose, die verschillen door de stereochemie op het 2'-koolstof. Deze 2'-hydroxylgroep is belangrijk bij RNA-splitsing.

De pentosesuiker die in DNA wordt gevonden is deoxyribose. Deoxyribose is een gemodificeerde vorm van de suiker, ribose. Het wordt gevormd door ribose 5-fosfaat door de werking van het enzym ribonucleotide-reductase. Een zuurstofatoom gaat verloren terwijl het deoxyribose vormt uit het tweede koolstofatoom van de ribose-ring. Vandaar dat deoxyribose meer bepaald 2-deoxyriose wordt genoemd. De 2-deoxyribose bevat twee enantiomeren: D-2-deoxyribose en L-2-deoxyribose. Alleen D-2-deoxyribose is betrokken bij de vorming van DNA-backbone. Vanwege de afwezigheid van een 2'-hydroxylgroep in deoxyriboses is DNA in staat in de dubbele helixstructuur te vouwen, waardoor de mechanische flexibiliteit van het molecuul wordt verhoogd. DNA kan ook stevig opgerold worden om ook in een kleine kern te verpakken. Het verschil tussen ribose en deoxyribose is met de 2'-hydroxylgroep die aanwezig is in ribose. Deoxyribose, vergeleken met ribose, wordt weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2: Deoxyribose

Wat zijn basen

Zowel DNA als RNA zijn gehecht aan een stikstofhoudende base op 1'-koolstof van de pentosesuiker, ter vervanging van de hydroxylgroep van deoxyribose. Vijf soorten stikstofhoudende basen worden gevonden in zowel DNA als RNA. Het zijn adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) en uracil (U). Adenine en guanine zijn purines, die worden aangetroffen in een ringvormige pyrimidine-ring gefuseerd met een imidazolring. Cytosine, thymine en uracil zijn pyrimidines, die een enkele zes-ledige pyrimidine ringstructuur bevatten. DNA bevat adenine, guanine, cytosine en thymine in zijn nucleotiden. RNA bevat uracil, in plaats van thymine. Adenine vormt twee waterstofbruggen met thymine en guanine vormt drie waterstofbruggen met cytosine. De complementaire basenparing in DNA wordt genoemd Watson-Crick DNA-basenparingmodel. Het brengt twee complementaire DNA-strengen bij elkaar en vormt waterstofbruggen. Vandaar dat de uiteindelijke structuur van DNA dubbelstrengs en antiparallel is. In RNA vormt uracil twee waterstofbruggen met adenine, ter vervanging van thymine. De complementaire basenparing van RNA binnen hetzelfde molecuul vormt dubbelstrengige RNA-structuren die worden genoemd haarspeldbochten. Het dubbelstrengs DNA wordt getoond in figuur 3.

Figuur 3: DNA

Het verschil tussen thymine en uracil zit in de methylgroep die aanwezig is in het 5'-koolstofatoom van thymine. Uracil is in staat tot basenparing met andere basen, naast adenine en de deaminatie van cytosine kan uracil produceren. Daarom is RNA minder stabiel in vergelijking met DNA vanwege de aanwezigheid van uracil in plaats van thymine. Uracil en thymine worden getoond in figuur 4.

Figuur 4: Uracil en thymine

Vergelijking van de fosfaat-suikers en basen van DNA en RNA

Overeenkomsten tussen fosfaat-suikers en basen van DNA en RNA

fosfaten

• Zowel DNA als RNA bevatten één, twee of drie fosfaatgroepen, gehecht aan de 5'-koolstof van de pentosesuiker.

Pentosesuiker

• Zowel DNA als RNA bevatten een pentose monosaccharide in hun nucleotiden, die is gehecht aan een stikstofhoudende base en een, twee of drie fosfaatgroepen.

Stikstofhoudende basen

• Zowel DNA als RNA delen drie soorten stikstofhoudende basen: adenine, guanine en cytosine.

Verschillen tussen fosfaat-suikers en basen van DNA en RNA

Pentose Sugar

DNA: De pentosesuiker die in DNA wordt gevonden is deoxyribose.

RNA: De pentosesuiker gevonden in RNA is ribose.

Conformatie van de suiker

DNA: D-2-deoxyribose wordt gevonden in de suiker-fosfaat ruggengraat van DNA.

RNA: D-ribose wordt gevonden in de suiker-fosfaat ruggengraat van RNA.

Betekenis van de Pentosesuiker in DNA / RNA

DNA: De 2-deoxyribose maakt de vorming van dubbele DNA-helix mogelijk.

RNA: Ribose maakt de vorming van een dubbele RNA-helix niet mogelijk vanwege de aanwezigheid van een 2'-hydroxylgroep.

Thymine / Uracil

DNA: Thymine wordt gevonden in DNA.

RNA: Uracil wordt gevonden in RNA.

Betekenis van Thymine / Uracil

DNA: DNA is stabieler dan RNA vanwege de aanwezigheid van thymine.

RNA: RNA is minder stabiel door de aanwezigheid van uracil in plaats van thymine.

fosforylering

DNA: Deoxyribonucleosiden worden gefosforyleerd door deoxyribokinasen.

RNA: Ribonucleosiden worden gefosforyleerd door ribokinasen.

Fosforilatie produceert

DNA: Fosforylatie van deoxyribonucleosiden produceert deoxyribonucleotiden.

RNA: Fosforylering van ribonucleosiden produceert ribonucleotiden.

Conclusie

Zowel DNA als RNA bestaat uit een pentosesuiker, die is gehecht aan een stikstofhoudende base op de 1'-koolstof en een of meer fosfaatgroepen aan de 5'-koolstof. De suiker-fosfaat hoofdketen van beide typen nucleïnezuren wordt gevormd door de polymerisatie van nucleotiden via fosfaatgroepen. De pentose suiker gevonden in de suiker-fosfaat ruggengraat van DNA is D-2-deoxyribose. D-ribose wordt gevonden in RNA. De stikstofbasen die in DNA worden gevonden zijn adenine, guanine, cytosine en thymine. In RNA wordt uracil gevonden, dat de thymine vervangt. Eén, twee of drie fosfaatgroepen worden gevonden bevestigd aan de pentosesuiker. Wanneer een fosfaatgroep aan het nucleoside is gehecht, wordt het nucleotide monofosfaat genoemd. Wanneer twee fosfaatgroepen aan het nucleoside zijn gehecht, wordt dit nucleotide-difosfaat genoemd. Wanneer drie fosfaatgroepen aan het nucleoside zijn gehecht, wordt dit nucleotide-trifosfaat genoemd.

Referentie:
1. "Class Notes." De basisprincipes: DNA, RNA, Proteïne. N.p., n.d. Web. 28 april 2017.
2. "Structuur van nucleïnezuren." SparkNotes. SparkNotes, n.d. Web. 28 april 2017.
3. "Waarom thymine in plaats van uracil?" Earthling Nature. N.p., 17 juni 2016. Web. 28 april 2017.

Afbeelding met dank aan:
1. "Nucleotides 1" door Boris (PNG), SVG door Sjef - en: Image: Nucleotides.png (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "DeoxyriboseLabeled" door Adenosine (Nederlandse Wikipedia Gebruiker) - Engels Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
3. "DNA Nucleotides" door OpenStax College - Anatomy & Physiology, Connexions-website. 19 juni 2013 (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia
4. "Pyrimidines2" By Mtov - Eigen werk (Public Domain) via Commons Wikimedia