用图表解释DNA和RNA之间的区别

作者:

雪利酒海恩斯
更新日期:

2022年7月22日

RNA vs. DNA

核酸是由碳、氢、氧、氮和磷组成的巨大有机分子。脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)是核酸的两个变种。尽管DNA和RNA有许多相似之处，但它们之间也有不少不同之处。

DNA和RNA的区别总结

戊糖在DNA的核苷酸中是脱氧核糖，而在RNA的核苷酸中是核糖。
DNA是通过自我复制进行复制，而RNA是利用DNA作为蓝图进行复制。
DNA使用胸腺嘧啶作为氮基，而RNA使用尿嘧啶。胸腺嘧啶和尿嘧啶的区别在于胸腺嘧啶在第5个碳上多了一个甲基。
DNA中的腺嘌呤基与胸腺嘧啶配对，RNA中的腺嘌呤基与尿嘧啶配对。
DNA不能催化其合成，而RNA可以催化其合成。
DNA的二级结构主要由b型双螺旋结构组成，而RNA的二级结构主要由a型双螺旋结构的短区域组成。
非沃森克里克碱基配对(即鸟嘌呤与尿嘧啶配对)在RNA中被允许，但在DNA中不允许。
一个细胞中的DNA分子可以长达几亿个核苷酸，而细胞rna的长度则从不足100个核苷酸到数千个核苷酸不等。
DNA在化学上比RNA稳定得多。
DNA的热稳定性不如RNA。
DNA容易受到紫外线的伤害，而RNA则相对具有抵抗力。
DNA存在于细胞核或线粒体中，而RNA存在于细胞质中。

基础知识

DNA和RNA是由长链的重复核苷酸组成的。

每个核苷酸由三部分组成:

戊糖

一个磷酸基

四种氮基中的一种

为了形成一条链，核苷酸被连接成链，磷酸基和糖基交替出现。

DNA与RNA:比较与解释

1.核苷酸中的糖

戊糖在DNA的核苷酸中是脱氧核糖，而在RNA的核苷酸中是核糖。

脱氧核糖和核糖都是五元环状分子，由碳原子和一个氧原子组成，碳原子上有侧基。

核糖与脱氧核糖的不同之处在于它多了一个脱氧核糖所缺少的2 ' -羟基。这一基本差异是DNA比RNA更稳定的主要原因之一。

2.氮基

DNA和RNA都使用不同但重叠的碱基:腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、尿嘧啶和胞嘧啶。虽然RNA和DNA的核苷酸都含有四种不同的碱基，但一个明显的区别是RNA使用尿嘧啶作为碱基，而DNA使用胸腺嘧啶。

腺嘌呤与胸腺嘧啶(DNA)或尿嘧啶(RNA)配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对。此外，RNA可能显示非沃森和克里克配对的碱基，而鸟嘌呤也可能与尿嘧啶配对。

胸腺嘧啶和尿嘧啶的区别在于胸腺嘧啶在碳-5上有一个额外的甲基。

3.股数

一般来说，人类的RNA是单链的，而DNA是双链的。在DNA中使用双链结构可以最大限度地减少其氮基暴露于化学反应和酶的损伤。这是DNA保护自己免受突变和DNA损伤的一种方式。

此外，DNA的双链结构允许细胞将相同的遗传信息存储在具有互补序列的两条链中。因此，当dsDNA的一条链发生损伤时，互补链可以提供必要的遗传信息来恢复受损的链。

然而，尽管DNA的双链结构更稳定，但在复制、转录和DNA修复过程中，必须将链分离才能生成单链DNA。

单链RNA可以形成一个机架内双螺旋结构，如tRNA。一些病毒中存在双链RNA。

4.化学稳定性

RNA中核糖上额外的2 ' - OH基团使其比DNA更具活性。

-OH基团的电荷分布不对称。连接氧和氢的电子分布不均匀。这种不平等的共享源于氧原子的高电负性;把电子拉向自己。

相反，氢的电负性较弱，对电子的引力较小。这导致两个原子在共价结合时都携带部分电荷。

氢原子带部分正电荷，而氧原子带部分负电荷。这使得氧原子成为亲核试剂，它可以与相邻的磷酸二酯键发生化学反应。这是一种化学键，将一个糖分子连接到另一个糖分子，从而帮助形成链。

这就是为什么连接RNA链的磷酸二酯键在化学上是不稳定的。

另一方面，DNA中的C-H键使它比RNA更稳定。

RNA中较大的沟槽更容易受到酶的攻击。

RNA分子形成若干个双链，并散布在单链区域中。RNA中较大的沟槽使其更容易受到酶的攻击。DNA螺旋中的小凹槽为酶攻击提供了最小的空间。

使用胸腺嘧啶代替尿嘧啶，使核苷酸具有化学稳定性，并防止DNA损伤。

胞嘧啶是一种不稳定的碱，可以通过“脱氨”过程化学转化为尿嘧啶。DNA修复机制通过自然脱氨过程监测尿嘧啶的自发转化。如果发现任何尿嘧啶，就会转化回胞嘧啶。

RNA没有这样的规则来保护自己。RNA中的胞嘧啶也可以转化而不被发现。但这不是什么问题，因为RNA在细胞中的半衰期很短，而且除了一些病毒外，几乎所有生物都使用DNA长期存储遗传信息。

最近的一项研究表明了DNA和RNA之间的另一个区别。

当一个DNA位点上有一个蛋白质键时，或者当它的任何碱基受到化学损伤时，DNA似乎就会使用胡氏键。一旦蛋白质被释放或损伤被修复，DNA就会回到沃森克里克键。

RNA没有这种能力这可以解释为什么DNA是生命的蓝图。

5.热稳定性

RNA中的2 ' -OH基团将RNA双链锁成紧凑的a型螺旋结构。这使得RNA比DNA的双工结构更稳定。

6.紫外线的伤害

RNA或DNA与紫外线辐射的相互作用导致“光产物”的形成。其中最重要的是嘧啶二聚体，由DNA中的胸腺嘧啶或胞嘧啶碱基和RNA中的尿嘧啶或胞嘧啶碱基形成。紫外线诱导沿核苷酸链的连续碱基之间形成共价键。

DNA和蛋白质是紫外线介导的细胞损伤的主要目标，因为它们的紫外线吸收特性和它们在细胞中的丰度。胸腺嘧啶二聚体往往占主导地位，因为胸腺嘧啶有更大的吸光度。

7.DNA和RNA的类型

DNA有两种类型。

核DNA:细胞核中的DNA负责RNA的形成。
线粒体DNA:线粒体中的DNA称为非染色体DNA。它占细胞DNA的1%。

RNA有三种类型。每种类型都在蛋白质合成中发挥作用。

信使RNA (mRNA):信使RNA携带从DNA复制到细胞质中的遗传信息(蛋白质合成的遗传密码)。
tRNA:传递RNA负责解码mRNA中的遗传信息。
rRNA:核糖体RNA构成核糖体结构的一部分。它将核糖体中的氨基酸组装成蛋白质。

还有其他类型的RNA，如小核RNA和微RNA。

8.功能

背景:

DNA负责储存遗传信息。
它传递遗传信息来制造其他细胞和新的生物。

RNA:

RNA是DNA和核糖体之间的信使。它用于将遗传密码从细胞核转移到核糖体，以合成蛋白质。
RNA是某些病毒的遗传物质。
RNA被认为是进化早期的主要遗传物质。

9.综合模式

转录从一条模板链生成单链RNA。

复制是细胞分裂过程中的一个过程，它使两条互补的DNA链相互配对。

10.一级、二级和三级结构

RNA和DNA的基本结构是核苷酸序列。

DNA的二级结构是延伸的双螺旋结构，它形成于两条互补的DNA链之间。

与DNA不同，大多数细胞rna表现出多种构象。不同类型RNA的大小和构象的差异允许它们在细胞中执行特定的功能。

RNA的二级结构是由称为RNA双链的双链RNA螺旋形成的。有很多这样的螺旋被单链区域隔开。RNA螺旋是在环境中带正电荷的分子的帮助下形成的，这些分子平衡了RNA的负电荷。这使得RNA链更容易结合在一起。

单链rna中最简单的二级结构是由互补碱基配对形成的。“发夹”是由5-10个核苷酸之间的碱基配对形成的。

RNA还形成高度有组织和复杂的三级结构。它的发生是由于RNA螺旋折叠和包装成紧凑的球状结构。

有DNA, RNA和两者的生物

DNA存在于真核生物、原核生物和细胞器中。带有DNA的病毒包括腺病毒、乙型肝炎病毒、乳头瘤病毒、噬菌体。

带有RNA的病毒有埃博拉病毒、艾滋病毒、轮状病毒和流感病毒。具有双链RNA的病毒的例子有呼肠孤病毒、内源性病毒和密码病毒。

DNA和RNA:孰先孰后?

RNA是第一个遗传物质。大多数科学家认为，在现代细胞出现之前，RNA世界就已经存在于地球上。根据这一假说，在DNA和蛋白质进化之前，原始生物中RNA被用来存储遗传信息和催化化学反应。

但由于RNA是一种催化剂，具有活性，因此不稳定，在进化的后期，DNA取代了RNA的功能，成为遗传物质，蛋白质成为了催化剂和细胞的结构成分。

虽然有另一种假设认为DNA或蛋白质先于RNA进化，但今天有足够的证据表明RNA先于RNA进化。

RNA可以复制。
RNA可以催化化学反应。
单核苷酸就可以作为催化剂。
RNA可以储存遗传信息。

DNA是如何由RNA产生的?

今天，我们知道DNA和其他分子一样是如何由RNA合成的，因此可以看出DNA是如何成为RNA的底物的。

Brian Hall是进化:原则和过程解释:

“一旦RNA出现，将信息存储/复制和蛋白质制造这两种功能定位于不同但相互关联的物质将具有选择优势。”

如果你想知道以上事实是否能解释生命自发产生的证据，并想更深入地研究进化过程，这本书是一本有趣的读物。

来源

Rangadurai, A.， Zhou, H.， Merriman, d.k .， Meiser, N.， Liu, B.， Shi, H.，…Al-Hashimi, h.m.(2018)。为什么与B-DNA相比，A-RNA中的胡斯坦碱基对在能量上不占优势?核酸研究，46(20), 11099 - 11114。
米切尔，B.(2019)。细胞与分子生物学．科学的电子资源。
艾略特，D.， & ladmontgomery, M.(2017)。RNA分子生物学．牛津大学出版社。
霍尔，b.k.(2011)。演进:原则和过程．琼斯和巴特利特出版社。

据作者所知，这些内容是准确和真实的，并不意味着要取代来自合格专业人士的正式和个性化的建议。