Warum ist DNA doppelsträngig und RNA einzelsträngig? [abgeschlossen]

Obwohl dies eine grundlegende Frage ist (ein paar Google-Suchanfragen werden alle Antworten liefern) und Sie viele Fragen gestellt haben, werde ich sie einzeln beantworten.

• Warum ist RNA einzelsträngig (und nicht doppelsträngig wie DNA)?

  1. dsRNA ist weniger stabil als dsDNA. Siehe dazu: http://en.wikipedia.org/wiki/RNA#Structure . Ein wichtiges strukturelles Merkmal von RNA, das sie von DNA unterscheidet, ist das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe an der 2'-Position des Ribosezuckers. Das Vorhandensein dieser funktionellen Gruppe bewirkt, dass die Helix eher die A-Form-Geometrie annimmt als die B-Form, die am häufigsten in DNA beobachtet wird. Dies führt zu einer sehr tiefen und schmalen Hauptrille und einer flachen und breiten Nebenrille. Eine zweite Folge des Vorhandenseins der 2'-Hydroxylgruppe ist, dass sie in konformativ flexiblen Regionen eines RNA-Moleküls (d. h. nicht an der Bildung einer Doppelhelix beteiligt) die benachbarte Phosphodiesterbindung chemisch angreifen kann, um das Rückgrat zu spalten.

  2. RNAsen sind sehr verbreitet. Am kritischsten ist, dass in biologischen Systemen das Vorhandensein von dsRNA ein Signal von Viren und aktiven transponierbaren Elementen ist, sodass ssRNA für die Wirtszelle eine einfache Möglichkeit darstellt, fremde Elemente zu unterscheiden. Ja, das war eine zu starke Vereinfachung und ignorierte funktionelle dsRNA, aber selbst dann entwickelte sich dsRNA wahrscheinlich von Systemen zu fremden Elementen. ¹

• Warum ist DNA doppelsträngig (und nicht einzelsträngig wie RNA)?

Erstens ist der „Informations“-Teil der DNA die stickstoffhaltige Base, im Gegensatz zum Pentosezucker oder den Phosphatresten. In einem einzelsträngigen Molekül wäre dieser wichtige Teil der zellulären Umgebung ausgesetzt, was ihm mehr Möglichkeiten bietet, durch die verschiedenen Chemikalien dort mutiert zu werden. In einer doppelsträngigen Konfiguration sind die beiden stickstoffhaltigen Basen jedoch innerhalb des Komplexes eingeschlossen und stehen sich im Zentrum des Moleküls gegenüber. Diese Organisation trägt dazu bei, sie vor lokalen Mutagenen zu schützen.

Zweitens bedeutet das Vorhandensein von zwei komplementären Strängen, die sich gegenüberliegen, im Grunde, zwei Kopien derselben Sache direkt nebeneinander zu haben. Dies ermöglicht ein Korrekturlesen. George C. Williams hat dies in seiner prägnanten Passage (aus "The Pony Fish's Glow" (1997)) wunderbar zusammengefasst (erinnern Sie sich, dass Adenin [A] auf einem Strang immer an ein Thymin [T] auf dem komplementären Strang binden sollte und umgekehrt ; ebenso Cytosin [C] bindet immer an Guanin [G] und umgekehrt, dh Charagaff-Regel ). ²

Quelle

• Was ist der Unterschied zwischen DNA und RNA?

Eine vollständige Tabelle der Unterschiede finden Sie hier (leider kann ich keine Tabelle in Markdown erstellen) zusammen mit diesem Bild:

• Wie unterscheiden sich die Rollen von DNA und RNA?

RNA hat mehrere verschiedene Funktionen, die zwar alle miteinander verbunden sind, aber je nach Typ leicht variieren. Es gibt drei Haupttypen von RNA:

1. Boten-RNA (mRNA) transkribiert genetische Informationen aus der im Zellkern gefundenen DNA und trägt diese Informationen dann zum Zytoplasma und Ribosom der Zelle.

2. Transfer-RNA (tRNA) befindet sich im Zytoplasma einer Zelle und ist eng mit der mRNA als ihrem Helfer verwandt. tRNA überträgt buchstäblich Aminosäuren, die Kernkomponenten von Proteinen, auf die mRNA in einem Ribosom.

3. Ribosomale RNA (rRNA) befindet sich im Zytoplasma einer Zelle. Im Ribosom nimmt es mRNA und tRNA und übersetzt die Informationen, die sie liefern. Aus dieser Information "lernt" es, ob es ein Polypeptid oder Protein erzeugen oder synthetisieren soll.

Die Gene der DNA werden durch die Proteine ​​exprimiert oder manifestiert, die ihre Nukleotide mit Hilfe von RNA produzieren. Eigenschaften (Phänotypen) stammen aus denen Proteine ​​hergestellt werden und die ein- oder ausgeschaltet werden. Die in der DNA gefundenen Informationen bestimmen, welche Merkmale erzeugt, aktiviert oder deaktiviert werden sollen, während die verschiedenen Formen der RNA die Arbeit erledigen. ³

BEARBEITEN - Da Sie in den Kommentaren eine weitere Frage gestellt haben, werde ich sie hier hinzufügen:

• Warum wird DNA als genetisches Material gegenüber RNA bevorzugt?

DNA bot gegenüber RNA mehrere Vorteile und wurde daher durch natürliche Selektion ausgewählt, um höhere Wesen darzustellen:

1. DNA war chemisch stabiler als RNA, daher war es möglich, eine größere DNA-Länge im Vergleich zu RNA beizubehalten. RNA hat eine Hydroxylgruppe (OH) am 2'-Kohlenstoff. Diese Hydroxylgruppe lädt zu einer Hydrolysereaktion ein, und daher war es nicht möglich, lange RNA-Moleküle aufrechtzuerhalten. Diese Hydroxylgruppe fehlte in der DNA, was zur Stabilität des DNA-Moleküls führte.

2. Die DNA war aufgrund des Vorhandenseins von Thymin anstelle von Uracil besser in der Lage, die Selbstreparatur während des Replikationsprozesses zu bewältigen. Dies lag daran, dass Cytosin aufgrund der Desaminierung häufig in Uracil umgewandelt wurde. Nun war es im Fall von RNA für die Zelle unmöglich zu wissen, ob Uracil dort vorhanden sein sollte oder nicht, aber in DNA, da Uracil nicht vollständig vorhanden ist, war es ziemlich einfach, den Fehler zu identifizieren und zu korrigieren.

3. Aufgrund der Doppelhelixstruktur bietet die DNA auch mehr Informationssicherheit. ⁴

Ein Vergleich der molekularen Struktur von DNA und RNA von hier

Verweise:

1. https://www.quora.com/Why-is-RNA-single-stranded-in-general-and-not-double-stranded-like-DNA

2. http://medicguide.blogspot.in/2008/07/why-is-dna-double-stranded-but-rna.html

3. http://www.diffen.com/difference/DNA_vs_RNA

4. https://www.quora.com/Why-was-DNA-chosen-to-be-the-genetic-material-statt-RNA

5. http://www.atdbio.com/content/2/Molecular-weight-and-mass