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Die Bedeutung des genetischen Codes liegt in seiner inhärenten Fähigkeit, Proteine hervorzubringen, die grundlegenden Einheiten von Struktur und Funktion in jeder lebenden Zelle. Alle Organismen enthalten RNA oder DNA als genetischen Code. Die ersten Organismen verwendeten RNA oder Ribonukleinsäure als Code zur Herstellung von Proteinen. Mit zunehmender Komplexität der Lebensformen ersetzte DNA oder Desoxyribonukleinsäure die RNA als rätselhafte Botschaft, die Zellen in lebensspendende Prozesse umsetzen, aber die RNA behielt spezielle Funktionen im Zusammenhang mit der DNA und der Herstellung von Proteinen. RNA kann in einigen Organismen die Funktionen von Proteinen und DNA mit geringerer Effizienz erfüllen.
Zusammensetzung und Struktur
DNA ist eine größere und umfangreichere Struktur als RNA. DNA enthält zwei Ketten, die sich gegenseitig ergänzen und über chemische Bindungen verbinden. Die RNA besteht aus einem Einzelstrang. DNA ähnelt einer Wendeltreppe, während RNA nur die Hälfte der Treppe ausmacht. RNA verwendet Ribose als Zuckerbestandteil, während DNA Desoxyribose verwendet, die genau der Ribose entspricht, abzüglich eines Sauerstoffatoms.
Beide Nukleinsäuren haben Nukleotide, Strukturen aus alternierenden Zuckermolekülen und Phosphaten, die an ein anderes Molekül gebunden sind - eine stickstoffhaltige Base. Zucker und Phosphate, die sich abwechseln, bilden die "Stufen der Leiter". Die Stickstoffbasen (Purine und Pyrimidine) hängen an der Zuckerkomponente. Sowohl DNA als auch RNA enthalten die Purine Adenin und Guanin. DNA verwendet die Pyrimidine Cytosin und Thymin, während RNA Cytosin und Uracil verwendet.
Funktionen
DNA hat eine einzigartige und zentrale Funktion in Zellen: die Speicherung des genetischen Informationscodes. In Zellen existieren drei verschiedene Arten von RNA, und jeder Typ hat eine spezifische Struktur und Funktion. Die Messenger-RNA (mRNA) entsteht, wenn die Zelle Proteine produzieren muss. Während des als Transkription bezeichneten Prozesses löst ein Signal die DNA-Stränge aus und mRNA wird Nucleotid für Nucleotid entlang des einzelnen DNA-Strangs gebildet. Der einzelne mRNA-Strang wandert zu einem Ribosom. Ribosomale RNA oder rRNA ist Teil von Ribosomen, Strukturen, in denen Proteine synthetisiert werden. Transfer-RNA oder tRNA transportiert Aminosäuren - die Grundeinheiten, aus denen Proteine hergestellt werden - in Ribosomen, um sie an den mRNA-Strang zu binden. Jede tRNA enthält eine einzelne spezifische Aminosäure. Das Protein wird entlang der mRNA-Kette aufgebaut, jeweils eine Aminosäure. Sobald die tRNA die Aminosäure freisetzt, nimmt sie eine andere und kehrt zur Proteinsynthesestelle zurück.
Verteilung
DNA befindet sich entweder in bestimmten Bereichen von Zellen oder verbleibt im Zellkern, wo sie durch die Kernhülle geschützt ist. RNA, die in größerer Anzahl als DNA vorkommt, ist in den Zellen verteilt. Die mRNA existiert erst, wenn ein Signal vom Kern die Proteinsynthese erfordert und sich die mRNA-Kette vor Ihrem DNA-Modell im Kern zu bilden beginnt. Innerhalb der Ribosomen hält die rRNA das Protein an Ort und Stelle. Währenddessen schweben die tRNA-Moleküle im Zytoplasma - der gallertartigen Substanz, die das Innere einer Zelle bildet. Während ein mRNA-Strang vom Ribosom an Ort und Stelle gehalten wird, bewegt sich die tRNA im Zytoplasma und sucht nach schwebenden Aminosäuren, die für bestimmte Einheiten der tRNA spezifisch sind.
Stabilität
RNA scheint der Vorläufer der DNA gewesen zu sein, aber im Laufe der Zeit hat sich DNA als besser an die Aufgabe der Speicherung von genetischem Material angepasst erwiesen. DNA ist strukturell stabiler als RNA, teilweise aufgrund der Zusammensetzung ihrer Zuckereinheit. Desoxyribose, der ein Sauerstoffatom fehlt, reagiert nicht so leicht wie Ribose. Manchmal verlieren Zuckermoleküle ihre Bindungen mit stickstoffhaltigen Basen: Diese Fehler treten häufiger in RNA als in DNA auf. Der Doppel-DNA-Strang stabilisiert auch das Molekül und verhindert, dass Chemikalien es leicht zerstören.
Da DNA aus zwei Strängen besteht, kann sie mit dem betroffenen Strang repariert werden, um einen neuen Gegenstrang zusammenzusetzen. Während des Replikationsprozesses treten Fehler beim Duplizieren von RNA häufiger auf als bei DNA. Schließlich ist die zum Brechen von RNA erforderliche Energie geringer als zum Brechen von DNA, was bedeutet, dass RNA leichter gebrochen werden kann.
Auswirkungen auf Viren
Ein Virus, das als nicht lebend gilt, kann sowohl DNA als auch RNA als genetischen Code verwenden, und die Art der Nukleinsäure verändert die Wirksamkeit des Virus erheblich. Im Allgemeinen neigen RNA-Viren dazu, gefährlichere Krankheiten zu verursachen. Da RNA weniger stabil als DNA ist, transformiert sie sich mit einer 300-fachen Geschwindigkeit als DNA-Viren. Häufige Mutationen führen dazu, dass sich RNA-Viren besser an das Immunsystem des Wirts anpassen. Viren dringen häufig durch eine Art Zwischentransport, den sogenannten Vektor, durch den Körper in ihre Wirte ein. DNA-Viren haben mehr Vektorbeschränkungen als RNA-Viren, was bedeutet, dass mehr Organismen RNA-Viren tragen und übertragen können. Darüber hinaus neigen DNA-Viren dazu, an einem Wirt zu haften, während RNA-Viren möglicherweise eine Vielzahl von Wirten infizieren können.