DNA与RNA - 5个关键的区别和比较

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发布日期:2020年12月18日

|最后更新:2022年10月18日

Ruairi J Mackenzie

脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)可能是细胞生物学中最重要的分子，负责存储和读取支撑所有生命的遗传信息。它们都是线性聚合物，由糖、磷酸盐和碱组成，但两者之间有一些关键的区别¹．这些区别使这两种分子能够协同工作并发挥它们的基本作用。在这里，我们来看看DNA和RNA之间的5个关键区别。在我们深入研究它们的区别之前，我们先并排看一下这两种核酸。

RNA和DNA的螺旋和碱基结构的comparison

DNA和RNA有什么不同?

DNA和RNA有几个不同之处。这包括这两个分子的功能、结构、平均长度、它们所含的糖(DNA含有脱氧核糖，RNA含有核糖)和碱基分子(RNA含有尿嘧啶而不是胸腺嘧啶)、它们的位置以及它们对酶和紫外线的反应性。

DNA vs. RNA -一个比较图表

比较	DNA	核糖核酸
全名	脱氧核糖核酸	核糖核酸
函数	DNA复制并存储遗传信息。它是一个有机体所包含的所有遗传信息的蓝图。	RNA将DNA中包含的遗传信息转换为用于构建蛋白质的格式，然后将其转移到核糖体蛋白质工厂。
结构	DNA由两条链组成，呈双螺旋状排列。这些链由称为核苷酸的亚基组成。每个核苷酸包含一个磷酸盐，一个5碳糖分子和一个含氮碱。	RNA只有一条链，但像DNA一样，是由核苷酸组成的。RNA链比DNA链短。RNA有时会形成二级双螺旋结构，但只是间歇性的。
长度	DNA是一种比RNA长得多的聚合物。例如，染色体是一个单一的长DNA分子，展开后会有几厘米长。	RNA分子的长度是可变的，但比长DNA聚合物短得多。一个大的RNA分子可能只有几千个碱基对长。
糖	DNA中的糖是脱氧核糖，它比RNA的核糖少含一个羟基。	RNA含有核糖糖分子，没有脱氧核糖的羟基修饰。
基地	DNA中的碱基是腺嘌呤(' A ')，胸腺嘧啶(' T ')，鸟嘌呤(' G ')和胞嘧啶(' C ')。	RNA与DNA共享腺嘌呤(' A ')、鸟嘌呤(' G ')和胞嘧啶(' C ')，但包含尿嘧啶(' U ')而不是胸腺嘧啶。
碱基对	腺嘌呤和胸腺嘧啶对(A-T) 胞嘧啶和鸟嘌呤对(C-G)	腺嘌呤和尿嘧啶对(A-U) 胞嘧啶和鸟嘌呤对(C-G)
位置	DNA存在于细胞核中，少量DNA也存在于线粒体中。	RNA在核仁中形成，然后根据形成的RNA类型移动到细胞质的特殊区域。
反应性	由于脱氧核糖少含一个含氧羟基，DNA是一种比RNA更稳定的分子，这对于具有保持遗传信息安全任务的分子很有用。	含有核糖的RNA比DNA更活泼，在碱性条件下不稳定。RNA更大的螺旋沟槽意味着它更容易受到酶的攻击。
Ultraviolet (UV)灵敏度	DNA很容易受到紫外线的伤害。	RNA比DNA更能抵抗紫外线的伤害。

DNA和RNA的关键区别是什么?

我们可以识别出DNA和RNA不同的五个关键类别:

函数
糖
基地
结构
位置

函数

DNA编码所有的遗传信息，是所有生物生命被创造出来的蓝图。这只是短期的。从长远来看，DNA是一个存储设备，一个生物闪存驱动器，允许生命的蓝图在几代人之间传递 ²．RNA的作用是解码这个闪存盘的读取器。这个读取过程是多步的，每一步都有专门的rna。下面，我们将更详细地介绍三种最重要的RNA类型。

RNA有哪三种类型?

信使RNA (信使核糖核酸)复制部分遗传密码，这一过程称为转录，并将这些拷贝传输到核糖体，核糖体是细胞工厂，可以促进从这些代码中生产蛋白质。
转运RNA (tRNA)负责根据mRNA引入的编码指令，将氨基酸(蛋白质的基本组成部分)带到这些蛋白质工厂。这种蛋白质构建过程被称为翻译。
最后，核糖体RNA (核糖体rna)是核糖体工厂本身的组成部分，没有它蛋白质就不会产生¹．

糖

DNA和RNA都是由糖组成的，但DNA中的糖被称为脱氧核糖(图中左侧)，RNA中的糖被称为核糖(图中右侧)。“脱氧”前缀表示，RNA的碳主链上有两个羟基(-OH)基团，而DNA只有一个，而且只有一个氢原子。事实证明，RNA的额外羟基在将遗传密码转化为可制成蛋白质的mrna的过程中很有用，而脱氧核糖糖使DNA更稳定^3.．

脱氧核糖(左)和核糖(右)糖的chemical结构

基地

DNA中的氮基是遗传密码的基本单位，它们的正确排序和配对对生物功能至关重要。组成这个密码的四种碱基是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。碱基以双螺旋结构配对，这对碱基是A和T, C和G。RNA不含胸腺嘧啶碱基，而是由尿嘧啶碱基(U)取代，尿嘧啶碱基对是腺嘌呤¹．

结构

而弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森的无处不在(或者应该是罗莎琳德富兰克林的?)DNA双螺旋结构意味着DNA结构的双链结构是常识，RNA的单链格式则不为人所知。RNA可以形成双链结构，例如在翻译过程中，当mRNA和tRNA分子配对时。DNA聚合物也比RNA聚合物长得多;2.3米长的人类基因组由46条染色体组成，每条染色体都是一个单一的长DNA分子。相比之下，RNA分子要短得多^3.．

位置

真核细胞，包括所有的动物和植物细胞，绝大多数DNA都储存在细胞核中，在细胞核中，DNA以一种被紧密压缩的形式存在，称为染色体⁴．这种压缩格式意味着DNA可以很容易地存储和转移。除了核DNA之外，一些DNA还存在于能产生能量的线粒体中，这些小细胞器自由漂浮在细胞核外的细胞质中。

这三种类型的RNA在不同的位置被发现。mRNA是在细胞核中合成的，在离开细胞核进入细胞质之前，每个mRNA片段都是从相对的DNA片段复制而来。然后这些片段根据需要在细胞内穿梭，由细胞内部的运输系统——细胞骨架搬运。tRNA和mRNA一样，是一种在细胞质中自由移动的分子。如果它从核糖体接收到正确的信号，它就会在细胞质中寻找氨基酸亚基，并将它们带到核糖体中构建成蛋白质⁵．如前所述，rRNA是核糖体的一部分。核糖体形成于细胞核的一个叫做核仁的区域，然后被输出到细胞质，在那里一些核糖体自由漂浮。其他细胞质核糖体与内质网结合，内质网是一种膜性结构，有助于加工蛋白质并将其从细胞中输出⁵．

不同寻常的DNA和RNA

我们在本文中描述的结构当然是DNA最常见的形式，但这并不是全部。其他形式的DNA和RNA都存在，破坏这些核酸的经典结构。

Z-DNA

虽然你在上面看到的DNA结构——以及你可能愿意打开的任何生物学教科书上看到的——是一个右手螺旋，但也存在左手螺旋的DNA分子。这些被称为Z-DNA。经典的DNA被称为B-DNA。

Z-DNA分子是:

稀释剂(18a宽而不是20a宽的B-DNA)
有不同的重复单位(两个碱基对而不是一个)
底座之间有不同的扭转角度吗

Z-DNA被认为在其中起作用调节基因表达和可能生产跟随着DNA加工酶，比如DNA聚合酶。

一个dna

与B-DNA同时被罗莎琳·富兰克林发现的A-DNA是另一种DNA结构这通常出现在分子脱水的时候。DNA的许多晶体结构都是A-DNA形式。它具有较短的结构，与B-DNA相比，每次转弯和倾斜具有不同数量的碱基对。近年来，A-DNA的生物学相关性得到了极大的扩展，现在人们认识到A-DNA是参与许多角色，例如:

与DNA酶结合，如聚合酶-这种转变可能使特定的原子暴露在酶作用中。
保护免受伤害——a - dna对紫外线的伤害要小得多，而孢子形成细菌已被证明采用a - dna构象，这可能是一种保护性变化。

三缸DNA

当某些碱基(嘧啶或嘌呤)占据传统B-DNA的主要沟槽时，可以形成三螺旋DNA结构。这可以自然发生，也可以作为研究目的的dna修改策略的一部分。

三聚寡核苷酸(TFOs)可以绑定传统的双链DNA，它可以帮助引导那些习惯于修改DNA到特定的基因组位置。H-DNA是一种内源性的三链DNA分子，能促进基因组的突变。

极

双链RNA (dsRNA)最常被发现为许多植物、动物和人类病毒的基因组基础。这些包括一种还有轮状病毒，它会导致胃肠炎等疾病。dsRNA分子是有效的免疫原——它们激活免疫系统，然后切断dsDNA作为一种保护机制。允许这种反应的蛋白质机制的发现导致了基因沉默RNAi技术的发展，该技术赢得了诺贝尔奖2006年诺贝尔生理学或医学奖．

参考文献

Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L。生物化学．第五版，W·H·弗里曼;2002.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21154/
沃森JD，克里克FHC。Dna的结构。冷泉Harb Symp定量生物学．1953; 18:123 - 131。doi:10.1101 / SQB.1953.018.01.020
霍尔布鲁克SR. RNA结构:长和短。结构生物学最新观点．2005; 15(3): 302 - 308。doi:10.1016 / j.sbi.2005.04.005
李志强，李志强。染色体结构模型的研究。细胞生物学最新观点．2014; 28:90 - 95。doi:10.1016 / j.ceb.2014.04.004
Thomson E, Ferreira-Cerca S, Hurt E.真核核糖体生物发生一瞥。细胞科学杂志．2013; 126(21): 4815 - 4821。doi:10.1242 / jcs.111948