DNA

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

DNA (Deoxyribonukleová kyselina - DNK) je nositelkou genetické informace všech organismů s výjimkou těch nebuněčných organismů, u nichž hraje tuto úlohu RNA (RNA-viry, virusoidy a viroidy). DNA je pro život nezbytnou látkou, která ve své struktuře kóduje a buňkám zadává jejich program a tím předurčuje vývoj a vlastnosti celého organismu.

Genová výbava člověka obsahuje přibližně 3,2 x 10⁹ vazebných párů. Kdyby se měla jejich struktura popsat, jejich začátečními písmeny, vznikla by kniha s více než 500 000 stranami.

DNA je biologická makromolekula - polymer, dvoušroubovice tvořená dvěma řetězci nukleotidů v obou vláknech. Jednotlivé nukleotidy se skládají ze tří složek:

1. fosfátu (vazebný zbytek kyseliny fosforečné)
2. deoxyribózy (pětiuhlíkový cukr - pentóza)
3. nukleové báze, (konkrétní dusíkaté heterocyklické sloučeniny).

V DNA se v různých kombinacích vyskytují čtyři nukleové báze: purinové báze jsou - adenin (A) a guanin (G) a pyrimidinové báze jsou - thymin - (T) a cytosin (C).

Spojení dusíkaté báze a deoxyribózy (tedy bez fosfátu) se nazývá nukleosid.

Obsah 1 Struktura DNA 1.1 Úrovně struktury DNA 1.1.1 Primární struktura 1.1.2 Sekundární struktura 1.1.3 Vyšší úrovně struktury (supercoiling) 2 Funkce DNA 3 Replikace DNA 4 Historie výzkumu DNA 5 Význam DNA v praxi 5.1 Medicína 5.2 Genetická daktyloskopie 5.3 Ve výzkumu 6 Metody výzkumu a práce s DNA 7 Literatura 8 Externí odkazy

[editovat] Struktura DNA

Nukleotidy jsou uspořádány do řady za sebou, jejich spojení v řadě zajišťují fosfátové zbytky, které spojují uhlík 3' jedné deoxyribózy s uhlíkem 5' druhé deoxyribózy. Směr vláken se označuje právě podle orientace deoxyribózy v něm, tedy: směr 3´→5´ a opačný směr 5´→3´.

Na uhlík 1' deoxyribózy se váží dusíkaté báze (A,G,C,T). Ty se spojují navzájem s odpovídající bází z protějšího řetězce, podle jednoduchého klíče:

• A ↔ T + T ↔ A (vzájemně jsou spojeny dvěma vodíkovými vazbami)
• C ↔ G + G ↔ C (vzájemně jsou spojeny třemi vodíkovými vazbami)

Jde o tzv. komplementaritu bazí, z ní vychází vzájemná komplementarita obou vláken DNA. Vždy je na určité pozici v molekule jeden nukleotid z dvojice a v protějším vlákně druhý z nich.

Takto se uchovává v každém z vláken tatáž informace, pouze s tím rozdílem, že jde o vzájemný „negativ“. Vzájemné spojení nukleotidů není uskutečněno regulerní chemickou vazbou, ale „jen“ vodíkovými můstky.

DNA se v organismu uchovává ve formě pravotočivé dvoušroubovice ve které se nacházejí dva antiparalelní řetězce 5'-3' a 3'-5', (vlákna jdou tedy proti sobě, na jednom konci molekuly se se setkává zároveň 3´konec jednoho řetězce a 5´konec druhého a na druhém konci molekuly naopak). Při sobě je drží vodíkové můstky mezi komplementárními dusíkatými bázemi. Tato struktura se narušuje, jen pokud je nutné DNA zreplikovat či použít genetickou informaci v ní ukrytou.

Genetická informace se v DNA kóduje pomocí genetického kódu, který přiřazuje k jednotlivým tripletům (trojicím nukleotidů) aminokyseliny. Genetický kód je shodný prakticky u všech organismů (drobné odchylky byly nalezeny u mitochondrií).

[editovat] Úrovně struktury DNA

[editovat] Primární struktura

Primární struktura je dána pořadím nukleotidů, jejich sekvencí. Nese v sobě genetickou informaci.

[editovat] Sekundární struktura

Forma stočení dvoušroubovice. Vlákna DNA se přirozeně stáčí do dvoušroubovice, avšak forma stočení není vždy, za všech podmínek stejná. In vitro je většina DNA v B formě, in vivo však za určitých podmínek přirozeně přechází v jinou.

• ds forma A -Pravotočivá; 10 párů bazí na otáčku; průměr vlákna je 2,3 nm
• ds forma B -Pravotočivá; 11 párů bazí na otáčku; průměr vlákna je 1,9 nm
• ds forma Z -Levotočivá; 12 párů bazí na otáčku; průměr vlákna je 1,8 nm

Forma stočení má vliv na funkci - reaktivitu molekuly.

[editovat] Vyšší úrovně struktury (supercoiling)

Velmi dlouhá molekula DNA není jen neuspořádaným klubkem náhodně zamotaného vlákna. Celá molekula se velmi pečlivě několikanásobně navíjí a skládá. Do tzv. nadšroubovicového vinutí

• pozitivní - strukturu DNA utěsňuje
• negativní - strukturu uvolňuje, může vést až k porušení párování bazí.

Chromatin

[editovat] Funkce DNA

DNA uchovává ve své struktuře genetickou výbavu celého jedince (viz totipotence buňky), nicméně jen určitá část této informace, je v konkrétní buňce realizována (viz buněčná diferenciace). Pro každou konkrétní buňku je však DNA určitou „kuchařkou“, podle níž, ikdyž specificky realizuje svůj program.

Většina genů potřebných pro život se v eukaryotických buňkách nachází – v jádře na chromozómech, částečně pak v mitochondriích a u rostlin v chloroplastech (podrobněji viz mimojaderná dědičnost).

U prokaryotických organizmů se genetická informace nachází na tzv. prokaryotním chromozómu a v plazmidech.

Přepis sekvence DNA do sekvence RNA se nazývá transkripce. Část molekul RNA (mRNA) pak po přesunu z jádra do cytoplazmy slouží jako šablona pro translaci, ta probíhá na ribozómech. Tímto způsobem na základě genetického kódu vznikají nové bílkoviny

[editovat] Replikace DNA

Na to aby mohla DNA plnit svou funkci a předávat svou informaci do dceřinných buněk (a dalších generací organizmu), musí být schopná zdvojení sebe sama. Toto zdvojování se se nazývá semikonzervativní replikace. Jde o enzymaticky řízený proces přesného kopírovaní sekvence DNA na základě výše zmíněné komplementarity nuklových bazí..

Syntéza u prokaryota začíná pouze v jednom místě zvaném lokus ori, odkud pokračuje oběma směry podél kružnicové molekuly DNA. Jelikož eukaryotické buňky mají mnohem obsáhlejší genom, proces by byl příliš pomalý a tak dochází k replikaci na mnoha místech současně. Body, v nichž replikace začíná, se nazývají iniciační nebo replikační body, úseky, náležející vždy k jednomu replikačnímu bodu se zvou replikony.

Pri vlastní syntéze DNA sa obě vlákna původní molekuly začnou od sebe vzdalovat a rozplétat působením enzymu helikázy podobně, jako když se rozepíná zip. Do rozevřené DNA se na obě vlákna připojí enzym RNA-polymeráza a vytvoří na každém vlákně krátký úsek RNA (tzv. primér). Na něj se pak napojuje nově vytvořená DNA. Volné nukelotidy se podle principu komplementarity (enzym DNA-polymeráza) začnou přikládat k původnímu (matricovému) vláknu DNA (3’ -> 5’), oproti druhému vláknu (5’ -> 3’) syntetizuje DNA-polymeráza jen krátké fragmenty (tzv. Okazakiho fragmenty), (DNA-polymeráza totiž umí syntetizovat pouze ve směru 3’ -> 5’. Jelikož se však DNA rozplétá postupně jen z jedné strany a k syntetizaci dochází prakticky okamžitě, nezbývá jí, než na „špatném“ 5’ -> 3’ řetězci syntetizovat po krátkých úsecích proti směru rozepínání zipu, říkáme, že replikace probíhá semidiskontinuálně (na jednom vlákně kontinuálně a na druhém diskontinuálně)). Poté je odštěpen primér a Okazakiho fragmenty následně pospojuje enzym DNA-ligáza

Tímto způsobem se z jedné původní molekuly DNA vytvoří dvě molekuly dceřinné, každá s jedním vláknem původním a s jedním vláknem nově dosyntetizovaným - proto semikonzervativní replikace. V následujícím (vlastně zároveň probíhajícím) procesu dělení buněk se každá z molekul začne skládat (do vyšších úrovní struktury - viz výše) do chromatinu, do chromozómů a je spolu s chromozómem pečlivě řízeným procesem oddělena do jiné dceřinné buňky.

[editovat] Historie výzkumu DNA

Podrobnější informace naleznete v článku Dějiny objevu a výzkumu DNAnaleznete v článcích [[{{{2}}}]] a [[{{{3}}}]]naleznete v článcích [[{{{4}}}]], [[{{{5}}}]] a [[{{{6}}}]]naleznete v článcích [[{{{7}}}]], [[{{{8}}}]], [[{{{9}}}]] a [[{{{10}}}]].

Molekula DNA jako taková byla objevena v roce 1869, kdy se švýcarskému lékaři Miescherovi podařilo vyizolovat DNA z bílých krvinek, obsažených v hnisu. Nedařilo se však vytvořit dostatečně čistý vzorek na to, aby DNA mohla být dále zkoumána.

Objev její dvoušroubovité struktury se datuje do roku 1952, o rok později je veřejně opublikována svými objeviteli, jimiž byli James Watson a Francis Crick, kteří za tento objev dostali v roce 1962 Nobelovu cenu.

[editovat] Význam DNA v praxi

[editovat] Medicína

[editovat] Genetická daktyloskopie

DNA je v moderní kriminalistice využívána jako nástroj k určení totožnosti, nebo například při testech rodičovství. Technika vytvoření jedinečného genetického profilu jedince se nazývá „DNA fingerprinting“, genetická daktyloskopie či DNA otisky. Metody a další informace v článku genetická daktyloskopie.

[editovat] Ve výzkumu

[editovat] Metody výzkumu a práce s DNA

• Izolace DNA
• Sekvenování DNA
• Elektroforéza
• Genetická manipulace
• PCR
• RAPD
• RFLP
• STRP

[editovat] Literatura

• O Struktuře:
  • Vyšší úrovně struktury

Meyer P. (2001) Chromatin remodelling: Current Opinion in Plant Biology 4, 457-462.

Verbsky M.L., Richards E.J. (2001) Chromatin remodeling in plants: Current Opinion in Plant Biology 4, 494-500.

[editovat] Externí odkazy