DNA en RNA zijn nucleïnezuren, die in principe bestaan ​​uit een stikstofbase die pentosesuikers bevat die via fosfaatgroepen zijn verbonden. De bouwstenen van nucleïnezuren worden nucleotiden genoemd. Nucleïnezuren dienen als het genetische 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 van hen, zoals retrovirussen, RNA als hun genetisch materiaal gebruiken. DNA is stabiel in vergelijking met RNA vanwege de verschillen in fosfaatsuikers en basen die door elk van hen worden gedeeld. Aan de pentosesuiker kunnen één, twee of drie fosfaatgroepen worden gehecht, 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. Stikstofbasen 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; respectievelijk deoxyribonucleotiden en ribonucleotiden. Nucleotide bestaat uit een pentosesuiker, die is bevestigd aan een stikstofbase en één, twee of drie fosfaatgroepen. Zowel DNA- als RNA-nucleotiden kunnen hechten aan één, twee of drie fosfaatgroepen op hun 5'-koolstofatoom van de pentosesuiker. Fosfaatgebonden nucleosiden worden respectievelijk mono-, di- en trifosfaten genoemd. De fosforyleringsreacties worden gekatalyseerd door een klasse 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 fosfodiësterbindingen tijdens de productie van suiker-fosfaatruggengraat wordt gestimuleerd door de hoogenergetische fosfaatbindingen in de nucleotide-trifosfaten te verbreken. De vorming van elk nucleotide, nucleosidemonofosfaat, nucleoisdedifosfaat en nucleosidetrifosfaat wordt in figuur 1 getoond.

Figuur 1: Drie nucleotidetypes

Wat zijn suikers?

Zowel DNA als RNA bevatten pentosesuikers. Deoxyribonucleotiden bevatten deoxyribose en ribonucleotiden bevatten ribose als hun pentosesuikers. Ribose is een pentose-monosaccharide met een vijfledige ring in zijn structuur. Het bevat een aldehyde functionele groep in zijn open ketenvorm. Daarom wordt ribose aldopentose genoemd. Ribose bevat twee enantiomeren: D-ribose en L-ribose. De van nature voorkomende conformatie is D-ribose, waar L-ribose niet in de natuur voorkomt. D-ribose is een epimeer van D-arabinose, die verschillen door de stereochemie aan de 2′.carbon. 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 uit ribose-5-fosfaat door de werking van het enzym ribonucleotidereductase. Een zuurstofatoom gaat verloren bij de vorming van deoxyribose uit het tweede koolstofatoom van de ribosering. Daarom wordt deoxyribose nauwkeuriger 2-deoxyriose 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. Door de afwezigheid van de 2'-hydroxylgroep in deoxyribosen, is DNA in staat om te vouwen in zijn dubbele helixstructuur, waardoor de mechanische flexibiliteit van het molecuul toeneemt. DNA kan strak worden opgerold om ook in een kleine kern te worden verpakt. Het verschil tussen ribose en deoxyribose is met de 2'-hydroxylgroep die aanwezig is in ribose. Deoxyribose, in vergelijking met ribose, wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2: Deoxyribose

Wat zijn basissen?

Zowel DNA als RNA zijn bevestigd aan een stikstofhoudende base op 1'-koolstof van de pentosesuiker, ter vervanging van de hydroxylgroep van deoxyribose. Er worden vijf soorten stikstofbasen 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 pyrimidinering met twee ringen die is gefuseerd met een imidazoolring. Cytosine, thymine en uracil zijn pyrimidines, die een enkele zesledige 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 heet Watson-Crick DNA basenparen model. Het brengt twee complementaire DNA-strengen samen en vormt waterstofbruggen. Daarom is de uiteindelijke structuur van DNA dubbelstrengs en antiparallel. In RNA vormt uracil twee waterstofbruggen met adenine, ter vervanging van thymine. De complementaire basenparing van RNA binnen hetzelfde molecuul vormt dubbelstrengs RNA-structuren genaamd haarspeldlussen. Het dubbelstrengs DNA wordt in figuur 3 getoond.

Figuur 3: DNA

Het verschil tussen thymine en uracil zit in de methylgroep die aanwezig is in het 5'-koolstofatoom van thymine. Uracil kan basenparen met andere basen en daarnaast kan adenine en de deaminering van cytosine 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 fosfaten, suikers en basen van DNA en RNA

Overeenkomsten tussen fosfaten Suikers en basen van DNA en RNA

Fosfaten

Pentose suiker

Stikstofbasen

Verschillen tussen fosfaten Suikers en basen van DNA en RNA

Pentose Suiker

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

RNA: De pentosesuiker die in RNA wordt gevonden, is ribose.

Conformatie van de suiker

DNA: D-2-deoxyribose wordt aangetroffen in de suiker-fosfaatruggengraat van DNA.

RNA: D-ribose wordt aangetroffen in de suikerfosfaatruggengraat van RNA.

Betekenis van de pentosesuiker in DNA/RNA

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

RNA: Ribose staat de vorming van een dubbele RNA-helix niet toe 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 door 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.

Fosforylering produceert

DNA: Fosforylering van deoxyribonucleosiden produceert deoxyribonucleotiden.

RNA: Fosforylering van ribonucleosiden produceert ribonucleotiden.

Conclusie

Zowel DNA als RNA bestaan ​​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-fosfaatruggengraat van beide nucleïnezuren wordt gevormd door de polymerisatie van nucleotiden via fosfaatgroepen. De pentosesuiker die wordt aangetroffen in de suiker-fosfaatruggengraat van DNA is D-2-deoxyribose. D-ribose wordt gevonden in RNA. De stikstofbasen die in DNA worden aangetroffen, zijn adenine, guanine, cytosine en thymine. In RNA wordt uracil gevonden, dat de thymine vervangt. Aan de pentosesuiker worden een, twee of drie fosfaatgroepen gevonden. Wanneer één fosfaatgroep aan het nucleoside is gehecht, wordt dit nucleotide-monofosfaat genoemd. Wanneer twee fosfaatgroepen aan het nucleoside zijn bevestigd, wordt dit nucleotidedifosfaat genoemd. Wanneer drie fosfaatgroepen aan het nucleoside zijn bevestigd, wordt dit nucleotidetrifosfaat genoemd.

Referentie: 1. "Klassenotities." De basis: DNA, RNA, eiwit. n.p., n.d. Web. 28 april 2017. 2. "Structuur van nucleïnezuren." SparkNotes. SparkNotes, z.d. Web. 28 april 2017. 3. "Waarom thymine in plaats van uracil?" Aardse natuur. N.p., 17 juni 2016. Web. 28 april 2017.

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