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全面比较DNA与RNA结构和功能的区别

作者:生物进阶

DNA/RNA

DNA和RNA的区别

全面比较 DNA 与 RNA 结构和功能的区别

DNA与RNA的结构功能的区别主要有以下几个方面

1、组成不同

2、位置不同

3、结构功能不同

4、复制与转录不同


1、DNA和RNA的组成不同

DNA的组成是: 脱氧核糖核苷酸, 它又是由脱氧核糖和核苷酸组成的;

RNA是由核糖核苷酸组成的, 核糖核苷酸是由核糖和核苷酸组成的。

核苷酸又是由碱基、 戊糖、 磷酸组成, 构成 DNA 的核苷酸的戊糖是β -D-2-脱氧核糖, 而构成 R NA 的核苷酸的戊糖为β -D—核糖。


2、DNA和RNA的位置不同

DNA 存在于细胞核和线粒体内, 携带遗传信息;

RNA 存在于细胞质和细胞核中, 参与细胞内遗传信息的表达。


3、DNA和RNA的结构功能不同

DNA与蛋白质一样, 也有其一级、 二级、 三级结构。

DNA的一级结构是指 DNA分子中核苷酸的排列顺序, 也叫做碱基序列。

DNA 的二级结构即双螺旋结构模型

(1) DNA 分子由两条反向平行的多聚核苷酸链围绕同一中心轴盘曲而成, 两条链均为右手螺旋, 链呈反平行走向, 一条走向是 5′ →3′ , 另一条是 3′ →5′ 。

(2) DNA 链的骨架由交替出现的亲水的脱氧核糖基和磷酸基构成,位于双螺旋的外侧, 碱基配对位于双螺旋的内侧。

(3) 两条多聚核苷酸链以碱基之间形成氢键配对而相连, 即 A 与 T配对, 形成两个氢键, G 与 C 配对, 形成三个氢键。 碱基相互配对又叫碱基互补。 RNA 中若也有配对区, A 是与 U 以两个氢键配对互补。

(4)   碱基对平面与螺旋轴几乎垂直, 相邻碱基对沿轴转 36° , 上升0.34nm。 每个螺旋结构含 10 对碱基, 螺旋的距为 3.4nm, 直径是 2.0nm。

DNA 两股链之间的螺旋形成凹槽: 一条浅的, 叫小沟; 一条深的, 叫大沟。大沟是蛋白质识别 DNA 的碱基序列发生相互作用的基础, 使蛋白质和 DNA可结合而发生作用。 DNA 双螺旋结构要与蛋白质的相区别: DNA 是两条核苷酸链通过碱基之间氢键相连而成, 而蛋白质的α -螺旋是一条肽链自身盘曲而成, 其氢键是其内部**位肽键的 N-H 与第四个肽键的羰基氧形成的。

(5)   DNA 双螺旋结构的稳定主要由互补碱基对之间的氢键和碱基堆积力来维持。 碱基堆积力是碱基对之间在垂直方向上的相互作用, 可以使DNA 分子层层堆积, 分子内部形成疏水核心, 这对 DNA 结构的稳定是很有利的, 碱基堆积力对维持 DNA 的二级结构起主要作用。

DNA结构多样性

当改变溶液的离子强度或相对湿度时, DNA 结构会发生改变, 除了Waston-Crick 模型(B-DNA) 外, 还存在 Z-DNA 和 A-DNA。


DNA的三级结构

(1) 超螺旋 -- 原核生物DNA的三级结构绝。

大部分原核生物 DNA 是共价闭合的环状双螺旋分子, 此环形分子可再次螺旋形成超螺旋, 非环形 DNA 分子在一定条件下局部也可形成超螺旋。

(2) 真核细胞基因组 DNA

真核细胞核内染色体即是DNA高级结构的主要表现形式。组蛋白 H2A、H2B、 H3、 H4 各两分子组成组蛋白八聚体。 DNA 双螺旋缠绕其上构成核心颗粒, 颗粒之间再以 DNA 和组蛋白 H1 连成核小体, 核小体再经多步旋转折叠形成棒状染色体, 存在于细胞核中。


RNA 的结构与功能

(1) 信使 RNA(mRNA)

在细胞核内以 DNA 单链为模板转录生成 hnRNA,hnRNA 经过剪切变为成熟的 mRNA,出核后在胞质内为蛋白质合成提供模板。

成熟 mRNA 的结构特点:

A. 具有 5′ 端帽子结构 即在 5′ 端加上一个 7-甲基鸟苷; 且原来**个核苷酸 C2 ′ 也是甲基化, 这种 mGpppGm 即为帽子结构,

B. 3′ 端多聚腺苷酸尾 在 mRNA3′ 端有一段多聚腺苷酸节段, 是在

转录后切掉一段多余的 RNA 后逐个添加上去的, 这个多聚尾可能与 mRNA从核内向细胞质的转位及 mRNA 的稳定性有关。


(2) 核糖体 RNA (rRNA )的结构与功能

rRNA 是细胞内含量最多的 RNA, 与核糖体蛋白共同构成核糖体——蛋白质的合成部位, 参与蛋白质的合成。 核蛋白体由大亚基和小亚基组成。

A. 原核生物: 小亚基由 16SrRNA 和 20 多种蛋白质组成。 大亚基由5S、 23SrRNA 与 30 余种蛋白质组成。

B. 真核生物: 小亚基由 18SrRNA 与 30 余种蛋白质组成。 大亚基由5S、 5.8S、 28SrRNA 和近 50 种蛋白质构成。


(3) 转运 RNA(tRNA)的结构与功能tRNA 的作用是携带相应的氨基酸将其转运到核糖体上以供蛋白质合成。 tRNA 的三级结构呈倒 L 形。


(4)   其他类型的 RNA

如小核 RNA(snRNA) 参与 hnRNA 的加工。 还有一类 RNA 分子本身具有自我催化功能, 可完成 rRNA 的剪接。 这种具有催化作用的 RNA 被称为核酶。


4、DNA 的复制与转录成 RNA 过程的不同点∶

(1) 在正常复制中, DNA 链解开, 两条链分别作为新互补链合成的模板; 而转录则是不对称的, 只有一条链作为模板。 DNA 的复制是半不连续复制。

(2) 复制时两条链保持分开, DNA-DNA 子螺旋稳定; 而转录时形成的DNA-RNA 杂种双链不稳定, RNA 链很快与 DNA 链分开移走。

(3) DNA 复制时, 子代 DNA 分子大小与亲代相同; 而转录时, 在一个DNA 分子上可以合成许多个 RNA 分子, 它们都比通常的 DNA 模板小得多。

(4) 原料不同

DNA指导的 RNA合成, 由 RNA聚合酶催化, 以四种 NTP 为底物, 以DNA 为模板, 按 dA-U, dG-C, dT-A, dC-G 的互补原则合成出 rRNA、mRNA、 tRNA 三类 RNA。 DNA 的复制: 四种 dNTP(以四种脱氧核苷三磷酸(dNTP)为底物, 而不是用 dNMP 直接聚合); 为底物, 按碱基配对原则, 催化与模板互补的脱氧核苷酸的 5-磷酸基以磷酸酯键连接到引物3-OH 上。

(5) 参与合成的酶不同

DNA 的合成: 解链酶, 单链结合蛋白, DNA 旋转酶, DNA 聚合酶Ⅲ,DNA 聚合酶Ⅰ , DNA 连接酶

RNA 的合成: RNA 聚合酶, 核心酶

(6) RNA 的合成不需引物。 但是 DNA 的合成需要有引物参与(反应需 3'-OH 的引物存在, 而不能从无到有进行聚合; )。

(7) DNA 链的聚合方向是 5' →3' , 而模板链方向为 3' →5'; 复制时, 以复制叉向前移动的方向为标准, 对于 3' →5'走向的一条模板链, 在其上从 5' →3' 连续合成 DNA新链, 该新链称为先导链。另一条 5' →3'走向模板, 在其上也是从 5' →3' 合成 DNA 新链, 但新链合成的方向与复制叉移动的方向正好相反, 所以随复制叉的移动只能合成出许多不连续的 DNA 片段, 该片段称为冈崎片段。冈崎片段在 DNA 连接酶的作用下, 连成一条完整的 DNA 链, 该链称为滞后链。 先导链的复制是连续的而滞后链的复制是不连续的,故这种复制模式称为半不连续复制。

(8) RNA 的合成要求模板方向 3' → 5', 而新链的延伸方向是 5' →3' ; 反应需要 Mg2+或 Mn2+参与。


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