تفاوت DNA و RNA چیست؟ مقایسه ساختار و عملکرد آن‌ها

در سطح مولکولی، همه حیات اساسا شامل واحدهای سازنده یکسانی بنام DNA وRNA است. DNA و RNA از نوکلئوتیدها تشکیل شده اند. اما تفاوتهایی بین DNA و RNA وجود دارد. بارزترین تفاوت DNA و RNA این است که DNA دو رشته ای و RNA تک رشته ای است. DNA مسئول انتقال اطلاعات ژنتیکی است. در حالی که RNA کدهای ژنتیکی لازم برای ایجاد پروتئین را منتقل می کند.

در نشریه جهان شیمی فیزیک در مورد DNA و RNA، جهش ژنتیکی و ژنوم مقالاتی منتشر شده است. در این مقاله بطور کامل و جامع بررسی تفاوت DNA و RNA میپردازیم.

اصول اصلی زیست شناسی مولکولی

اصول اصلی زیست شناسی مولکولی این است که DNA باعث می شود RNA پروتئینها را بسازد. این قاعده کلی بر ترتیب رویدادها از رونویسی از طریق ترجمه تاکید می کند. اساس بسیاری از تحقیقات کد ژنتیکی در مارپیچ دوگانه را اثبات می کند. اصول کلی اغلب به صورت زیر بیان می شود: DNA، RNA و پروتئین ها در سلول سنتز میشوند. پروتئین هرگز به RNA یا DNA ترجمه نمی شود. علاوه بر این، DNA هرگز مستقیما به پروتئین ترجمه نخواهد شد. بررسی تفاوت DNA و RNA در بدست آوردن درک درستی از این دو ماکروملکول لازم است.

ژن چیست

به هر طول DNA که پروتئین خاصی را کد می کند، ژن می گویند. به عنوان مثال، یک ژن پروتئین انسولین، هورمونی که به کنترل سطح قند خون کمک می کند را کد می کند. انسان ها حدود ۲۰ تا ۳۰ هزار ژن دارند، هرچند برآوردها متفاوت است.

ژنهای ما تنها ۳ درصد از DNA ما را تشکیل می دهند، ۹۷ درصد باقی مانده کمتر درک شده است. تصور می شود که DNA برجسته در تنظیم رونویسی و ترجمه نقش دارد.

کروماتین و کروموزوم چیست

بیشتر DNA در هسته سلول ها زندگی می کند و برخی دیگر در میتوکندری ها، که نیروگاه های قدرت سلول ها هستند، یافت می شود.

از آنجا که ما DNA بسیار زیادی (۲ متر در هر سلول) داریم و هسته های ما بسیار کوچک هستند. DNA به طرز باور نکردنی مرتب و بسته بندی شده اند.

رشته های DNA، پیچیده شده و در اطراف پروتئین هایی به نام هیستون قرار گرفته است. به این حالت پیچ خورده، کروماتین نامیده می شود.

کروماتین بیشتر از طریق فرآیندی به نام supercoiling متراکم می شود و سپس در ساختارهایی به نام کروموزوم بسته بندی می شود. این کروموزومها شکل X را تشکیل می دهند.

هر کروموزوم حاوی یک مولکول DNA است. انسان ها دارای ۲۳ جفت کروموزوم یا ۴۶ کروموزوم هستند. جالب اینجاست که مگس های میوه دارای ۸ کروموزوم هستند و کبوترها ۸۰ کروموزوم دارند.

کروموزوم ۱ بزرگترین و حاوی حدود ۸۰۰۰ ژن است. کروموزوم ۲۱ حدود ۳۰۰۰ ژن دارد.

تلومر چیست

تلومرها نوکلئوتیدهای مکرر در انتهای کروموزوم ها هستند. آنها از انتهای کروموزوم در برابر آسیب دیدگی یا ادغام با سایر کروموزوم ها محافظت می کنند. به نوک پلاستیکی بند کفش تشبیه شده اند که مانع از فرسودگی بند کفش می شود.

با افزایش سن، تلومر به مرور کوچک می شود. هر بار که یک سلول تقسیم می شود و DNA تکثیر می شود، تلومر کوتاهتر می شود.

در ادامه به بررسی ساختار و عملکرد هر کدام از این ملکولهای مهم میپردازیم تا بهتر بتوانید ریبونوکلئیک اسید RNA را متوجه شوید.

DNA چیست

دی اکسی ریبونوکلئیک اسید یا DNA مولکولی است که از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است. این دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی یک مارپیچ دوگانه پیچیده را تشکیل می دهند. دستورالعمل های ژنتیکی را برای توسعه، عملکرد، رشد و تولید مثل همه موجودات زنده در بر دارد. دو رشته DNA دو رشته ای اطلاعات بیولوژیکی یکسانی را ذخیره می کنند که در زمان جدایی دو رشته تکثیر می شود.

مبانی DNA

DNA  دی اکسی ریبونوکلئیک اسید ماده ژنومی در سلول ها است که حاوی اطلاعات ژنتیکی مورد استفاده در توسعه و عملکرد همه موجودات زنده شناخته شده است. DNA، همراه با RNA و پروتئین ها، یکی از سه درشت مولکول اصلی است که برای زندگی ضروری است. بیشتر DNA در هسته قرار دارد، اگرچه مقدار کمی در میتوکندری یافت می شود. درون هسته سلولهای یوکاریوتی، DNA به ساختارهایی موسوم به کروموزوم ها سازماندهی شده است.

مجموعه کامل کروموزوم های یک سلول، ژنوم آن را تشکیل می دهد. ژنوم انسان تقریبا ۳ میلیارد جفت DNA دارد که در ۴۶ کروموزوم قرار گرفته اند. اطلاعات منتقل شده توسط DNA در دنباله ای از قطعات DNA به نام ژن نگهداری می شود.

RNA چیست

RNA به شکل کامل ریبونوکلئیک اسید نوعی مولکول پلیمری است. در نقشهای بیولوژیکی مختلف مانند کدگذاری، رمزگشایی، تنظیم و بیان ژن ها فعالیت دارد. RNA پیام رسان یا mRNA در موجودات سلولی به انتقال اطلاعات ژنتیکی کمک می کند. سنتز پروتئین های خاص را موجب میشود.

مبانی RNA

RNA، درشت مولکول دیگری است. برای زندگی و زنده بودن ضروری است. RNA نیز مانند DNA از نوکلئوتیدها تشکیل شده است. زمانی که تصور می شد نقش های جانبی ایفا می کند. اکنون RNA ها جز عوامل اصلی تنظیم کننده سلول محسوب می شوند. واکنش های بیولوژیکی، کنترل و تعدیل بیان ژن، حس و ارتباط پاسخ ها به سیگنال های سلولی و غیره را کنترل می کنند.

تفاوت DNA و RNA چیست

در جدول زیر به بررسی تفاوت DNA و RNA بطور جامع میپردازیم تا بهتر بتوانید جزئیات مربوط به تفاوت DNA و RNA را درک کنید.

پارامتر	DNA	RNA
ساختار	DNA یک مولکول دو رشته ای است که از یک زنجیره بلند نوکلئوتید تشکیل شده است.	این مارپیچ یک رشته ای است که از زنجیره کوتاهی از نوکلئوتیدها تشکیل شده است.
عملکرد	انتقال اطلاعات ژنتیکی به سلولهای دیگر و موجودات جدید. ذخیره سازی طولانی مدت اطلاعات ژنتیکی	کد ژنتیکی را از هسته به ریبوزوم ها منتقل می کند تا پروتئین بسازد.
طویل شدن یا سنتز	DNA خود تکثیر می شود.	از DNA سنتز شده است.
ترکیبات سازنده	قند دئوکسی ریبوز ستون فقرات فسفات آدنین ، گوانین ، سیتوزین ، تیمین بازها.	قند ریبوز ستون فقرات فسفات آدنین ، گوانین ، سیتوزین ، بازهای اوراسیل.
محل ذخیره	در هسته سلول و در میتوکندری واقع شده است.	در سیتوپلاسم، هسته و در ریبوزوم قرار دارد.
پایه های نیتروژنی و جفت شدن	GC  جفت گوانین با سیتوزین AT  جفت آدنین با تیمین	GC  جفت گوانین با سیتوزین AU  جفت آدنین با اوراسیل
وزن ملکولی	۲ تا ۶ میلیون	۲۵۰۰۰ تا ۲ میلیون
پایداری	DNA یک مولکول پایدارتر از RNA است. DNA در شرایط قلیایی پایدار است.	بسیار واکنش پذیرتر از DNA است و در شرایط قلیایی پایدار نیست.
حساسیت به اشعه ماورابنفش	DNA در برابر اشعه ماوراء بنفش آسیب پذیر است.	نسبت به DNA در برابر آسیب ناشی از اشعه ماوراء بنفش بسیار مقاوم تر است.

 

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد تفاوت DNA و RNA باید جزئیات هر کدام را بیاموزید. تا بتوانید براحتی تفاوت DNA و RNA را درک کنید.

دی اکسی ریبونوکلئیک اسید

DNA اولین بار توسط فردریش میشر در سال ۱۸۶۹ کشف شد. در فوریه ۱۹۵۳، واتسون و کریک مدل خود را تکمیل کردند. اکنون به عنوان اولین مدل صحیح مارپیچ دوگانه DNA پذیرفته شده است. DNA یک زنجیره پلیمری طولانی است که از واحدهای تکراری به نام نوکلئوتیدها ساخته شده است. هر یک از این نوکلئوتیدها با یک حرف نمادین شده اند. این یک اسید نوکلئیک است.

دی اکسی ریبونوکلئیک اسید DNA حاوی دستورالعمل های ژنتیکی برای توسعه و عملکرد موجودات زنده است. DNA در سلول اطلاعات را برای مدت طولانی ذخیره می کند. اطلاعات در توالی قطعات DNA به نام ژن نگهداری می شوند. مطالعه هر کدام سبب شده بهتر بتوانید درک درستی از تفاوت DNA و RNA داشته باشید. پس در این قسمت دی اکسی ریبونوکلئیک اسید را بررسی میکنیم.

انواع دی اکسی ریبونوکلئیک اسید  

تنوع هر کدام از این ملکولها در درک و فهم بهتر شما در مورد تفاوت DNA و RNA کمک زیادی میکند.

سه نوع مختلف DNA وجود دارد:

A-DNA

یک مارپیچ راست گرد است. شبیه شکل B-DNA است.

B-DNA

رایج ترین ترکیب DNA است. یک مارپیچ راست گرد دارد.

Z-DNA

یک DNA چپ گرد است. در آن مارپیچ دوگانه به صورت زیگزاگ به سمت چپ می پیچد.

ساختار DNA

DNA یک مولکول بلند است. حاوی کد ژنتیکی منحصر به فرد هر فرد است. این دستورالعمل را برای ساخت پروتئین هایی که برای عملکرد بدن ما ضروری هستند، در اختیار دارد.

دستورالعمل های DNA از والدین به فرزند منتقل می شود. تقریبا نیمی از DNA کودک از پدر و نیمی از مادر نشات می گیرد.

DNA شامل دو پلیمر بلند از واحدهای ساده به نام نوکلئوتیدها است. با ستون فقرات ساخته شده از قندها و گروه های فسفاته که با پیوندهای استری به هم متصل شده اند. این دو رشته در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند و بنابراین ضد موازی هستند.

به هر قند یکی از چهار نوع مولکول موسوم به نوکلئوباز (بازها) چسبیده است. دنباله این چهار پایه در امتداد ستون فقرات است. اطلاعات را رمزگذاری می کند. توالی این بازها شامل کد ژنتیکی است. متعاقبا توالی اسیدهای آمینه درون پروتئین ها را مشخص می کند.

انتهای رشته های DNA انتهای ۵ پرایم و ۳ پرایم نامیده می شود. انتهای ۵ پرایم دارای یک گروه فسفات پایانی و انتهای ۳ پرایم یک گروه هیدروکسیل انتهایی است. یکی از تفاوتهای ساختاری عمده بین DNA و RNA قند است. زیرا ۲-دئوکسی ریبوز در DNA با ریبوز در RNA جایگزین می شود.

پایه ها به دو نوع تقسیم می شوند: پورین A و G و پیریمیدین ها، حلقه های شش عضوی C ، T و U روی حلقه اش اوراسیل معمولا در DNA یافت نمی شود.

مارپیچ دوگانه DNA

DNA یک مولکول دو رشته ای است. پیچ خورده به نظر می رسد و به آن شکل منحصر به فردی به نام مارپیچ دوگانه می دهد.

در مارپیچ دوگانه DNA، هر نوع پایه در یک رشته به طور معمول فقط با یک نوع پایه در رشته دیگر در تعامل است. این یک جفت شدن پایه مکمل است. بنابراین، پورین ها پیوندهای هیدروژنی به پیریمیدین ها ایجاد می کنند، با پیوند A فقط به T و پیوند C فقط با G

هر یک از دو رشته یک دنباله طولانی از نوکلئوتیدها یا واحدهای جداگانه است که از:

• یک مولکول فسفات
• یک مولکول قند به نام دئوکسی ریبوز، حاوی پنج کربن
• منطقه حاوی نیتروژن

چهار نوع منطقه حاوی نیتروژن به نام بازها وجود دارد:

• آدنین A
• سیتوزین C
• گوانین G
• تیمین T

این چهار پایه، کد ژنتیکی بدن ما را میسازند. پایه های دو رشته DNA به هم چسبیده اند تا شکلی شبیه به نردبان ایجاد شود. در نردبان، A همیشه به T می چسبد و G همیشه به C می چسبد تا پله ها را ایجاد کند. طول نردبان توسط گروه های قند و فسفات شکل می گیرد.

عملکرد DNA

DNA مشهورترین مولکول بیولوژیکی باشد. در همه اشکال زندگی روی زمین وجود دارد.

تقریبا هر سلول بدن شما حاوی DNA یا کد ژنتیکی است. DNA دستورالعمل های توسعه، رشد، تولید مثل و عملکرد همه زندگی را شامل می شود.

تفاوت در کد ژنتیکی به این دلیل است که یک فرد بیش از آنکه قهوه ای باشد چشم آبی دارد. چرا برخی از افراد مستعد ابتلا به برخی بیماری ها هستند. چرا پرندگان فقط دو بال دارند و چرا زرافه ها گردن بلندی دارند.

شگفت آور است که اگر تمام DNA بدن انسان باز شود. بیش از ۳۰۰ بار به خورشید قابل پیچیدن است.

تکثیر DNA

تقسیم سلولی برای تکثیر سلول ها و رشد موجودات ضروری است. به عنوان آخرین مرحله تکثیر DNA باید انجام شود تا وفادارانه مواد ژنتیکی را به فرزندان هر سلول یا ارگانیسم منتقل کند. هنگامی که یک سلول تقسیم می شود. باید DNA را در ژنوم خود به درستی تکثیر کند تا دو سلول دختر اطلاعات ژنتیکی مشابه والدین خود داشته باشند.

ساختار دو رشته ای DNA مکانیسم ساده ای برای تکثیر DNA ارائه می دهد. دو رشته از هم جدا شده و سپس آنزیمی به نام DNA پلیمراز توالی DNA تکمیلی هر رشته را بازسازی می کند. این آنزیم با یافتن پایه مناسب از طریق جفت شدن باز مکمل ، رشته مکمل را می سازد. از آنجا که DNA پلیمرازها فقط می توانند یک رشته DNA را در جهت ۵ پرایم تا ۳ پرایم گسترش دهند.

مکانیسم های مختلفی برای کپی کردن رشته های ضد موازی مارپیچ دوگانه استفاده می شود. به این ترتیب، پایه روی رشته قدیمی تعیین می کند که کدام پایه در رشته جدید ظاهر می شود و سلول با یک نسخه کامل از DNA خود به پایان می رسد. این فرایند معمولا در مرحله S چرخه سلولی صورت می گیرد.

رونویسی DNA به RNA

فرآیندی که طی آن DNA از طریق سنتز پروتئین به حیات و عملکرد سلول ها دست می یابد، بیان ژن نامیده می شود. ژن یک توالی DNA است که حاوی اطلاعات ژنتیکی برای یک پروتئین عملکردی است. پروتئین ها برای تعدیل و حفظ فعالیت های سلولی ضروری هستند. تشکیل مولکول های پروتئینی جدید از عناصر سازنده اسید آمینه بر اساس اطلاعات کد شده در DNA/RNA ساخته شده است.

توالی آمینواسیدهای هر پروتئین ترکیب و ویژگی های آن را تعیین می کند (به عنوان مثال توانایی تعامل با مولکول های دیگر، فعالیت آنزیمی و غیره). سنتز پروتئین جهت دار دو مرحله اصلی را دنبال می کند: رونویسی ژن و ترجمه ای از رونویسی.

رونویسی فرایندی است که طی آن اطلاعات ژنتیکی ذخیره شده در DNA برای تولید یک رشته RNA مکمل استفاده می شود. توالی پایه DNA ابتدا توسط مولکول RNA (mRNA) پلیمراز در مولکول RNA به نام RNA پیش از پیامبر کپی می شود.

RNA Premessenger دارای توالی پایه مشابه رشته کد کننده DNA است. ژن ها شامل توالی هایی هستند که mRNA اگزون ها را رمزگذاری می کنند. توسط توالی های غیر کد کننده با طول متغیر، اینترون نامیده می شوند، قطع می شوند. اینترونها قبل از شروع ترجمه در فرآیندی به نام چسباندن mRNA به یکدیگر وصل می شوند.

ادامه رونویسی

ثابت شده است که اتصال RNA پیام رسان مکانیسم مهمی برای افزایش تنوع و تنوع بیان یک ژن است. در هسته در یوکاریوتها و در سیتوپلاسم در باکتریها و آرکئاها اتفاق می افتد و منجر به تشکیل mRNA بالغ می شود. چندین محصول mRNA و پروتئینی مختلف می توانند از طریق یک ژن واحد با گنجاندن انتخابی یا حذف exon های جداگانه از محصولات mRNA بالغ ایجاد شوند. به این پدیده چسباندن mRNA جایگزین گفته می شود.

یک ژن واحد برای چندین mRNA و محصولات پروتئینی با ساختارها و عملکردهای مرتبط اما مجزا کدگذاری میکند. اینترون ها از مولکول mRNA بالغ نهایی خارج می شوند. سپس از طریق منافذ هسته ای به سیتوپلاسم صادر می شود. در آنجا به مجتمع های پروتئین-RNA موسوم به ریبوزوم ۲ متصل می شود. ریبوزومها دارای دو زیر واحد هستند: زیر واحد ۶۰S شامل یک مولکول RNA ریبوزومی واحد بزرگ ۲۸ Sاست که با چندین پروتئین ترکیب شده است ، در حالی که جزء RNA زیر واحد ۴۰S یک مولکول RNA ریبوزومی کوچکتر ۱۸ Sاست.

مرحله ترجمه DNA

ترجمه DNA اصطلاحی است که برای توصیف فرآیند سنتز پروتئین توسط ریبوزومها در سیتوپلاسم یا شبکه آندوپلاسمی استفاده می شود.

اطلاعات ژنتیکی در DNA به عنوان پایه ای برای ایجاد RNA پیام رسان با رونویسی استفاده می شود. mRNA تک رشته ای بعنوان یک الگو در طول ترجمه عمل می کند.

ریبوزومها با القای اتصال توالی های آنتی کدون  (tRNA)ترجمه را در سیتوپلاسم تسهیل می کنند.

tRNA ها حامل اسیدهای آمینه خاصی هستند که توسط ریبوزوم به یکدیگر متصل می شوند. در این فرایند، mRNA برای تولید یک زنجیره اسید آمینه خاص به عنوان پلی پپتید شناخته می شود، رمزگشایی می شود. تا شدن پلی پپتید یک پروتئین فعال ایجاد می کند. قادر به انجام وظایف درون سلول است.

اجزای سلولی در ترجمه DNA

اجزای اصلی مورد نیاز برای ترجمه عبارتند از: mRNA، tRNA، ریبوزومها و آمینوآسیل tRNA سنتتازها. این چهار ساختار به طور خلاصه در زیر توضیح داده شده است:

ریبوزوم

ریبوزوم یک اندامک پیچیده است که در سیتوپلاسم وجود دارد و به عنوان محل عمل سنتز پروتئین عمل می کند. آنزیم های مورد نیاز برای تشکیل پیوند پپتیدی را فراهم می کند.

توالی نوکلئوتیدی در mRNA در سه قلوها که کدون نامیده می شوند، شناخته می شود. ریبوزوم در طول mRNA تک رشته ای حرکت می کند و هنگامی که یک دنباله کدون اضافی متعلق به اسید آمینه حاوی tRNA با mRNA پیوند می خورد، اسید آمینه به زنجیره اضافه می شود.

RNA پیام رسان

mRNA برای انتقال اطلاعات از DNA به ریبوزوم استفاده می شود. یک مولکول تک رشته ای است که با الگوی DNA مکمل است. از طریق رونویسی تولید می شود. رشته های mRNA از کدون ها تشکیل شده است که هریک نشان دهنده آمینواسید خاصی است که باید به ترتیب خاصی به پلی پپتید اضافه شود.

mRNA باید با RNA ریبوزوم ، جز مرکزی ماشین ریبوزومی که کدونهای شروع و توقف mRNA را تشخیص می دهد. tRNA اسید آمینه را به محض اتصال با یک کدون mRNA تکمیلی، فراهم می کند، تعامل دارد.

RNA انتقال

یک رشته RNA متشکل از تقریبا ۸۰ ریبونوکلئوتید است. هر tRNA به صورت سه گانه ریبونوکلئوتید به نام آنتی کدون خوانده می شود. مکمل کدون mRNA است. tRNA یک اسید آمینه خاص را حمل می کند که در صورت پیوند کدون های اضافی به زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد اضافه می شود.

سنتاتازهای آمینوآسیل tRNA

آنزیم هایی هستند که هر اسید آمینه را با کمک یک فرایند دو مرحله ای به tRNA مربوطه متصل می کنند. هر اسید آمینه دارای یک سنتتاز منحصر به فرد است. محل فعال هر آنزیم تنها با یک ترکیب خاص از اسید آمینه و tRNA متناسب است.

مراحل مربوط به ترجمه DNA

سه مرحله اصلی در ترجمه وجود دارد: شروع ، طویل شدن و خاتمه. این مراحل به طور خلاصه در زیر مورد بحث قرار می گیرد:

مرحله شروع

زیر واحدهای ریبوزومی کوچک به mRNA متصل می شوند. tRNA آغازگر که مجهز به آنتی کدون UAC است. به کدون شروع (AUG) mRNA متصل می شود. مجموعه بزرگ حاصله یک ریبوزوم کامل تشکیل می دهد و سنتز پروتئین را آغاز می کند.

مرحله طویل شدن

پس از شروع، یک مجموعه tRNA آمینو اسید جدید وارد کدون در کنار کدون AUG می شود. اگر آنتی کدون tRNA جدید با کدون mRNA مطابقت داشته باشد. جفت شدن باز رخ می دهد و دو اسید آمینه توسط ریبوزوم از طریق پیوند پپتیدی به هم متصل می شوند.

اگر آنتی کدون با کدون مطابقت نداشته باشد. جفت شدن پایه نمی تواند اتفاق بیفتد و tRNA رد می شود. سپس، ریبوزوم یک کدون را به جلو حرکت می دهد. فضا را برای ورود مجتمع جدید tRNAآمینو اسید ایجاد می کند. این فرایند چندین بار تکرار می شود تا کل پلی پپتید ترجمه شود.

مرحله خاتمه

با حرکت ریبوزوم در امتداد mRNA، با یکی از سه کدون خاتمه مواجه می شود که tRNA مربوط به آن وجود ندارد. پروتئین های نابود کننده موجود در کدون خاتمه به ریبوزوم متصل می شوند و باعث آزاد شدن زنجیره پلی پپتیدی تازه سنتز شده می شوند.

سپس ریبوزوم از mRNA خارج می شود. پس از خروج از mRNA، زیر واحدهای کوچک و بزرگ ریبوزوم جدا شده و برای دور بعدی ترجمه آماده می شوند.

زنجیره های پلی پپتیدی تولید شده در طول ترجمه، قبل از تبدیل شدن به یک پروتئین کاملا فعال، تحت تعدیلات بعد از ترجمه  مانند تا شدن قرار می گیرند.

ارتباط اپی ژنتیک و DNA

اگرچه هر سلول در بدن انسان حاوی ژنوم یکسانی است. فعال سازی و خاموش کردن ژن های خاص به روش خاص در سلول ضروری است. علاوه بر این، یک سلول باید بیان ژن های خاص دیگر انواع سلول ها را خاموش کند تا از ثبات ژنومی اطمینان حاصل شود. این نوع سرکوب باید در طول عمر هر سلول در حالت عادی حفظ شود.

تغییرات اپی ژنتیکی که به عنوان تغییرات ارثی و درعین حال برگشت پذیر تعریف می شوند. بر بیان ژن های خاصی تاثیر می گذارد. اما بدون تغییر در توالی DNA اولیه برای تنظیم این رویدادها ایده آل هستند. بهترین اصلاح اپی ژنتیکی در انسان متیلاسیون DNA است. با این حال به طور فزاینده ای تصدیق می شود که متیلاسیون DNA به تنهایی کار نمی کند. بلکه در زمینه سایر تغییرات اپی ژنتیکی مانند تغییرات هیستون رخ می دهد.

متیلاسیون DNA

متیلاسیون DNA شامل افزودن یک گروه متیل به کربن ۵ سیتوزین درون دینوکلئوتید CpG است. نواحی DNA در ژنوم انسان ، از ۰.۵ تا ۵ کیلوبایت ، که غنی از CG هستند، جزایر CpG نامیده می شوند و معمولا در بالای ژنها یافت می شوند. تقریبا نیمی از همه ژن دارای جزایر CpG هستند که وقتی متیله می شوند منجر به خاموش شدن رونویسی می شوند.

الگوهای متیلاسیون ناهنجار DNA در انواع مختلف بدخیمی های انسان شرح داده شده است. به طور خاص، هوپومتیلاسیون جهانی در مراحل اولیه سرطان دخیل بوده است. در حالی که هایپرمتیلاسیون ژن های مهار کننده تومور در پیشرفت سرطان دخیل بوده است. از عوامل هیپومتیله کننده DNA برای درمان برخی از بدخیمی های خونی استفاده می شود.

تغییرات هیستون

هیستون ها پروتئین هایی هستند که در اطراف آنها DNA می پیچد و نوکلئوزوم ها را تشکیل می دهد. نوکلئوزوم واحد اصلی بسته بندی DNA در هسته است. شامل ۱۴۷ جفت باز DNA ژنومی است. دوبار در اطراف یک اکتامر هیستون بسیار محافظت شده پیچیده شده است. شامل ۲ نسخه از هر یک از هیستونهای اصلیH2A ،H2B ، H3 و H4 است. دم های هیستون ممکن است بسیاری از تغییرات شیمیایی پس از ترجمه، مانند استیله شدن، متیلاسیون، فسفوریلاسیون و سومویلاسیون را متحمل شوند.

تصور می شود که ترکیبی از این تغییرات یک کد به نام کد هیستون را تشکیل می دهند. تغییرات هیستون به جز تراکم کروماتین و سرکوب رونویسی در سایر فرآیندهای بیولوژیکی دیگر از جمله فعال سازی ژن و ترمیم DNA عمل می کند.

ریبونوکلئیک اسید RNA

در سال ۱۸۶۸، فردریش میشر اسیدهای نوکلئیک را کشف کرد. وی از آنجا که این ماده در هسته یافت شد، نوکلئین نامگذاری کرد. لزلی اورگل پدر RNA است. او شیمیدان بود و نظریه جهانی مبنی بر منشا زندگی را کشف کرد.

RNA در تمام سلولهای بیولوژیکی وجود دارد. این یک درشت مولکول بیولوژیکی مهم است که عمدتا در سنتز پروتئین ها نقش دارد و دستورات پیام رسان را از DNA حمل می کند که خود حاوی دستورات ژنتیکی مورد نیاز برای توسعه و نگهداری زندگی است. فهم درست از تفاوت DNA و RNA در یادگیری بهتر ریبونوکلئیک اسید RNA مهم است. در ادامه شما را با این ملکول حیاتی و مهم آشنا میکنیم.

انواع ریبونوکلئیک اسید RNA

تنوع هر کدام از این ملکولها در درک و فهم بهتر شما در مورد تفاوت DNA و RNA کمک زیادی میکند.

۴ نوع RNA رمزگذاری شده توسط ژن خاص خود عبارتند از:

mRNA یا RNA پیام رسان

توالی اسید آمینه یک پلی پپتید را رمزگذاری می کند.

tRNA یا RNA انتقال

اسیدهای آمینه را در طول ترجمه به ریبوزوم ها می آورد.

rRNA یا RNA ریبوزومی

پروتئین های ریبوزومی، ریبوزوم ها را تشکیل می دهد، اندامک هایی که mRNA را ترجمه می کنند.

snRNA  یا RNA کوچک هسته ای

پروتئین هایی که در پردازش RNA در یوکاریوت ها استفاده می شود. اما در پروکاریوتها یافت نمی شود.

ساختار RNA 

ساختار شیمیایی RNA بسیار شبیه به DNA است: هر نوکلئوتید از نوکلئوبید قند ریبوز و گروه فسفات تشکیل شده است. دو تفاوت وجود دارد که DNA را از RNA متمایز می کند: RNA حاوی ریبوز قند است. در حالی که DNA حاوی کمی متفاوت دئوکسی ریبوز قند (نوعی ریبوز که فاقد یک اتم اکسیژن است) و (RNA دارای هسته نوکلئوباز اوراسیل در حالی که DNA حاوی تیمین است برخلاف DNA، اکثر مولکولهای RNA تک رشته ای هستند و می توانند ساختارهای سه بعدی بسیار پیچیده ای را در پیش بگیرند.

RNA مونوسیسترونیک و پلی سیسترونیک

زمانی گفته می شود که یک مولکول RNA اطلاعات ژنتیکی یک محصول رونویسی تک مولکولی را جمع آوری می کند. به عنوان مثال یک پیش ساز miRNA منفرد یا یک mRNA اولیه. اکثر mRNA های یوکاریوتی در واقع مونوسیسترونیک هستند. از سوی دیگر، rRNA ها و برخی miRNA ها پلی سیسترونیک شناخته شده اند.

در مورد mRNA های پلی سیسترونیک، رونویسی اولیه شامل چندین mRNA پشت سر هم است. هر کدام در نهایت به دنباله اسید آمینه (پلی پپتید) ترجمه می شوند. چنین پلی پپتیدها معمولا عملکردی مرتبط دارند (آنها اغلب زیر واحد هایی هستند که یک پروتئین پیچیده نهایی را تشکیل می دهند) و توالی کدگذاری آنها در یک رونویسی اصلی اصلی گروه بندی می شود. به نوبه خود به آنها اجازه می دهد یک پروموتر مشترک داشته باشند و با هم تنظیم شوند.

بیان RNA یا بیان ژن پروتئین

یکی از شناخته شده ترین و بهترین کلاس های RNA ها، RNA های پیام رسان mRNAs هستند. mRNAs ها حاوی اطلاعات ژنتیکی هستند که سنتز پروتئین ها را توسط ریبوزوم ها هدایت می کند.

همه موجودات سلولی از mRNA استفاده می کنند. در فرآیند سنتز پروتئین از دو کلاس دیگر از RNA ها استفاده می شود. RNA های انتقال دهنده tRNAs و RNA های ریبوزومی  rRNAsنقش tRNA ها رساندن آمینو اسیدها به ریبوزوم است. در آن rRNA ها آنها را به هم متصل کرده و پروتئین تشکیل می دهند.

mRNA

یک mRNA به طور کامل پردازش شده معمولا شامل چندین اگزون است. پس از پیوند رونویسی اولیه نوپا و حذف اینترون های مداخله، در یک زنجیره واحد جمع شده اند. مولکول mRNA شامل یک کلاه ۵، به اصطلاح منطقه ۵ ترجمه نشدهUTR ، منطقه کدگذاری ، ۳ پرایم و یک دم پلی A با طول متغیر است.

کلاه ۵ پریم

کلاه ۵ پریم یک نوکلئوتید گوانین اصلاح شده است. با استفاده از اتصال ۵´-۵´-تری فسفات به (انتهای ۵ پریم) pre-mRNA اضافه می شود. این اصلاح برای تشخیص و اتصال مناسب mRNA به ریبوزوم و همچنین محافظت از ۵ اگزونوکلئازها بسیار مهم است.

مناطق ترجمه نشده UTRs

مناطق بدون ترجمه UTRs نواحی نوکلئوتیدی هستند. در ناحیه کد کننده قرار دارند و به اسیدهای آمینه ترجمه نمی شوند. دو UTR وجود دارد: پنج منطقه اصلی بدون ترجمه یا ۵´UTR و سه منطقه اصلی بدون ترجمه یا ۳´ .UTR این مناطق بخشی از رونویسی اولیه هستند و پس از اتصال اگزون ها به mRNA باقی می مانند. به این ترتیب UTR ها مناطق اگزونیکی هستند.

چندین نقش عملکردی به مناطق ترجمه نشده نسبت داده شده است: از جمله ثبات mRNA، محلی سازی mRNA و کارایی ترجمه. توانایی و ماهیت عملکردهایی که توسط UTR انجام می شود به توالی واقعی UTR بستگی دارد و معمولا از mRNA های دیگر متفاوت است.

کنترل UTRs بر کارایی ترجمه، از افزایش تا مهار کامل ترجمه موثر است. پروتئین های اتصال دهنده RNA که به ۵´ یا ۳´UTR متصل می شوند با تعدیل توانایی ریبوزوم در اتصال به mRNA بر ترجمه تاثیر بگذارند. علاوه بر این  miRNA هایی که به ۳´UTR متصل می شوند نیز ممکن است بر بازده ترجمه یا ثبات mRNA تاثیر بگذارند.

مناطق کدگذاری

زیر مجموعه ای از توالی نوکلئوتیدی که توسط اگزون های رونویسی پوشانده می شود. برای هدایت ترجمه به دنباله اسید آمینه مربوطه استفاده می شود. به عنوان مناطق کد کننده نامیده می شود. طول ناحیه کدگذاری همیشه مضرب سه است و پیامد مستقیم این واقعیت است که هر اسید آمینه برای تعریف خود به سه اسید نوکلئیک (کدون) نیاز دارد.

تنها ۲۰ آمینو اسید وجود دارد. یک اسید آمینه معین می تواند توسط بیش از یک کدون سه تایی را کدگذاری شود. مطابقت بین کدون سه تایی و آمینو اسید توسط جدول کدون ارائه می شود که کد ژنتیکی را نیز مشخص می کند.

جداول کدون موجودات زنده تا حد زیادی یکسان هستند. اما تغییرات جزیی در طول ۳۰ سال گذشته کشف شده است. کدون ها رمزگشایی می شوند و توسط ریبوزوم به پلیمرهای پپتیدی ترجمه می شوند. مناطق کدگذاری با کدون شروع شروع می شود و با کدون توقف پایان می یابد. به طور کلی، کدون شروع یک سه گانه AUG و کدون توقف یکی از UAA ، UAG یا UGA است.

دم پلیA

طول متغیر ۳´ poly (A) دنباله ای طولانی از نوکلئوتیدهای آدنین (اغلب چند صد) است. به انتهای ۳´ pre-mRNA اضافه شده است. این دم باعث افزایش صادرات از هسته، ترجمه و ثبات mRNA می شود.

عملکرد RNA

Ribonucleic acid یا RNA یکی از سه درشت مولکول بیولوژیکی مهم است که برای همه اشکال شناخته شده زندگی (همراه با DNA و پروتئین ها) ضروری است. یکی از اصول اصلی زیست شناسی مولکولی بیان می کند که جریان اطلاعات ژنتیکی در سلول از DNA از طریق RNA به پروتئین ها می رسد. RNA پروتئین را می سازد. پروتئین ها نقش اصلی را در سلول به عنوان آنزیم ها، به عنوان اجزای ساختاری و در سیگنالینگ سلول ایفا می کنند.

DNA به عنوان نقشه سلول در نظر گرفته می شود. تمام اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای رشد، جذب مواد مغذی و انتشار سلول را حمل می کند. RNA فتوکپی DNA سلول است. هنگامی که سلول نیاز به تولید پروتئین خاصی دارد. ژن پروتئین را فعال می کند. بخشی از DNA که آن پروتئین را کد می کند. چندین نسخه از آن قطعه DNA را به شکل RNA پیام رسان یا mRNA تولید می کند.

سپس کپی های متعدد mRNA برای تبدیل کد ژنتیکی به پروتئین از طریق ماشین آلات تولید پروتئین سلول، ریبوزوم ها استفاده می شود. بنابراین، RNA مقدار پروتئین مشخصی را که می تواند در یک زمان از یک ژن معین ساخته شود، افزایش می دهد و یک نقطه کنترل مهم برای تنظیم زمان و میزان تولید پروتئین فراهم می کند.

RNA بعنوان ژنوم ویروس

ما اکنون می دانیم که RNA همچنین می تواند به عنوان آنزیم (به نام ریبوزیم) برای سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی عمل کند. در تعدادی از ویروسهای مهم از نظر بالینی، RNA به جای DNA، اطلاعات ژنتیکی ویروسی را حمل می کند. RNA همچنین نقش مهمی در تنظیم فرایندهای سلولی دارد از تقسیم سلولی، تمایز و رشد تا پیری و مرگ سلول. نقص در برخی از RNA ها یا تنظیم RNA ها در تعدادی از بیماری های مهم انسان از جمله بیماری های قلبی، برخی سرطان ها، سکته مغزی و بسیاری دیگر دخیل بوده است.

RNA درمانی چیست

درمان با RNA باعث اصلاح یا وارد کردن اسید ریبونوکلئیک RNA به سلول های بیماران می شود. RNA پیام رسان mRNA توسط یک رمز بیولوژیکی به پروتئین تبدیل می شود که سه اسید نوکلئیک را به یک اسید آمینه تبدیل می کند.

تفاوت dna و rna به زبان ساده

DNA و RNA هر دو حامل اطلاعات ژنتیکی هستند، اما تفاوت های بسیار کمی بین آنها وجود دارد. به عنوان مثال، ساختار دو رشته‌ای DNA، ثبات و حفاظت از اطلاعات ژنتیکی را فراهم می‌کند، در حالی که ماهیت تک رشته‌ای RNA، آن را از نظر شیمیایی واکنش ‌پذیرتر کرده و در معرض تجزیه شدن توسط آنزیم‌ ها قرار می ‌گیرد. این تفاوت‌ های ساختاری به ما کمک می‌کند تا عملکردهای متنوع DNA در ذخیره‌سازی ژنتیکی طولانی‌مدت و RNA در سنتز پروتئین و انتقال ژنتیکی را درک کنیم. برای مشاهده بیشتر شباهت ها و تفاوت های کلیدی بین DNA، که مخفف اسید دئوکسی ریبونوکلئیک، و RNA یا اسید ریبونوکلئیک است، به زیر مراجعه کنید. تفاوت های بین DNA و RNA عبارتند از:

DNA حاوی قند دئوکسی ریبوز است، در حالی که RNA حاوی قند ریبوز است. تنها تفاوت بین ریبوز و دئوکسی ریبوز این است که ریبوز دارای یک گروه -OH بیشتر از دئوکسی ریبوز است که -H به کربن دوم (۲′) حلقه متصل است.

DNA یک مولکول دو رشته ای است، در حالی که RNA یک مولکول تک رشته ای است.

DNA در شرایط قلیایی پایدار است، در حالی که RNA پایدار نیست.

DNA و RNA وظایف مختلفی را در انسان انجام می دهند. DNA مسئول ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی است، در حالی که RNA مستقیماً اسیدهای آمینه را کد می کند و به عنوان یک پیام رسان بین DNA و ریبوزوم ها برای ساخت پروتئین عمل می کند.

جفت شدن بازهای DNA و RNA کمی متفاوت است زیرا DNA از بازهای آدنین، تیمین، سیتوزین و گوانین استفاده می کند. RNA از آدنین، اوراسیل، سیتوزین و گوانین استفاده می کند. اوراسیل با تیمین تفاوت دارد زیرا فاقد گروه متیل در حلقه است.

کلام آخر

درک و بررسی تفاوت DNA و RNA  در علم زیست شناسی ملوکی بسیار مهم است. کروموزوم ها رشته های محکم پیچ خورده DNA هستند. ژن ها بخش هایی از DNA هستند که توسط RNA پروتئین ها را کد می کنند. به عبارت دیگر، DNA طرح اصلی زندگی بر روی زمین است که ما در اطراف خود می بینیم.