ДНК
Из пројекта Википедија
Дезоксирибонуклеинска киселина (DNK) jе нуклеинска киселина која садржи генетска упуства која одређују биолошки развој ћелија. ДНК је такође основа наследности, јер се током репродукције ДНК копира и копија се преноси на потомак.
Садржај |
[уреди] Примарна и секундарна структура ДНК
ДНК је дугачак молекул састављен од два полинуклеотидна ланца који су спирално увијени. Оба ланца су саграђена од две врсте база пурин и пиримидин, који су међусобно повезани водоничним везама. Два суседна шећера дезоксирибозе у истом ланцу су повезана молекулима фосфорне киселине, тако што је хидроксилна група једног шећера која се налази на трећем угљениковом атому повезана са суседним шећером преко хидроксилне групе тог шећера којa се налази на петом угљениковом атому, стварајући 3'→ 5' везу, тј, фосфодиестарску везу. Таквим повезивањем на једном крају ланца остаје слободна хидроксилна група везана за С3’ (тај крај се назива 3’ крај), а на другом фосфатна група везана за С5’ атом (то је 5’ крај). Почетак полипептидног ланца је 5' крај. Један полинуклеотидни ланац иде у правцу 3'→ 5' док је други полинуклеотидни ланац комплементаран али иде у супротном смеру, тј иде у правцу 5'→ 3', што се назива антипаралелност.
Врста и редослед нуклеотида ДНК представља њену примарну структуру и специфичан је за сваку врсту. Варијабилност (променљивост, различитост) примарне структуре ДНК је огромна. Број различитих редоследа нуклеотида је 4×, где је × број нуклеотида који чине ланац ДНК. Ако се нпр. ланац ДНК састоји од само 100 нуклеотида, било би могуће предвидети постојање 1056 молекула са различитим редоследом нуклеотида. Природни молекули ДНК састоје се од великог броја нуклеотида(најмањи молекул ДНК имају вируси и он се састоји од око 5000 нуклеотида ) чиме се обезбеђује огромна разноврсност биолошких врста. Линеарно распоређени делови ДНК су гени. Структура гена је тачно одређени редослед нуклеотида у делу ДНК.
Ланци су састављени од четири базе које су међусобно комплементарне: аденин (А) једног ланца је увек у пару са тимином (Т) другог, наспрамног ланца, повезан двема водоничним везама (и обрнуто). Гуанин (Г) једног ланца је увек у пару са цитозином (Ц) наспрамног ланца (и обрнуто), повезан трима водоничним везама. Сваки пар база ротира у односу на суседну за 36°, тако да сваки обртај спирале два полинуклеотидна ланца чине десет парова база (А-Т и Г-Ц). Полинуклеотидни ланци ротирају у оном правцу супротном од казаљки на сату. Вертикална дужина сваког обртаја спирале је 3,4 nm (нанометар). Ову, секундарну структуру ДНК одгонетнули су Вотсон и Крик 1953. и за то откриће добили Нобелову награду.
[уреди] Денатурација и хибридизација ДНК
Секундарна структура ДНК је подложна денатурацији. Под денатурацијом се подразумева нарушавање секундарне структуре тако да се дволанчани ДНК молекул раздваја на два полинуклеотидна ланца. Под одговарајућим условима може доћи до ренатурације , тј. до поновног спајања комплементарних ланаца ДНК. Процеси денатурације и ренатурације одигравају се и у ћелији под контролисаним условима и у ограниченом обиму. Ти процеси представљају неопходан предуслов за нормално функционисање ДНК, односно за њену репликацију, транскрипцију па тиме и транслацију.
Када се у раствору нађу два полинуклеотидна ланца који имају комплементарне редоследе нуклеотида, наградиће се хибридни дволанчани молекул. Денатурисана ДНК може да хибридизује са денатурисаном ДНК исте или различите врсте , или са РНК. Хибридизација је нашла веома широку примену у истраживањима у молекуларној биологији и представља једну од основних техника генетичког инжењеринга.
[уреди] Паковање ДНК молекула у ћелијама
ДНК молекул је пристуан код Еукариота и Прокариота, и у оба случаја је саграђен од два спирално увијена полинуклеотидна ланца. Међутим, организација ДНК молекула код ових двеју организама је нешто другачија.
Готово код свих прокариота, ДНК молекул је затворен круг саграђен од два спирано увијена полинуклеотидна ланца. Код еукариота организација ДНК молекула је нешто компликованија. ДНК молекул је веома дугачак, у просеку до 2.5 метара. Та дужина молекула мора да стане у ћелије које су јако мало и не могу да се виде голим оком. Тако да ћелија мора да веома компактно спакује ДНК молекул, како би стао у тако сићушан простор. Начин на који је ово могуће је захваљујући протеинима који се зову хистони. Хистони су мали, основни протеини богати амино киселинама као што су лизин и аргинин. У еукариотским ћелијама је пронађено постојање пет хистона: H1, H2A, H2B, H3 и H4.
Хистони су у директном контакту са ДНК молекулом. Осам хистона (од сваког по два H2A, H2B, H3, H4), стварају структуре које изгледају као диск. Око сваког тог диска ДНК молекул се обавије, у дужини од 166 парова (А-Т и Ц-Г). Тако увијени ДНК молекул се обавије око јединог преосталог хистона H1, који не формира структуру у облику диска, већ служи само као веза до следећег диска (изграђеног од горе поменутих хистона) и поново се обавија око следећег диска.
Структура ДНК молекула обавијеног око диска се назива нуклеозом. Гледано кроз микроскоп свеукупна оваква структура изгледа као перлана огрлица. Овим непрекидним увијањем и савијањем ДНК молекула омогужава ћелији да стави ДНК молекул у свој веома мали простор.
[уреди] Репликација ДНК молекула
Репликација ДНК молекула је веом сложен процес и веома важан процес. Цео живот, какав га ми знамо, заснива се на овом процесу. Због важности овог процеса, пуно времена, новца и труда је уложено на разумевање и откривање начина на којима се заснива репликација ДНК. У овом делу чланка биће описана репликација ДНК молекула код еукариота, а нешто касније и код прокариота.
[уреди] Еукариотска репликација ДНК молекула
Репликација ДНК молекула почиње на месту који се зове oriC локус. Протеин ДНК-А се везује за oriC локус и притом се врши хидролиза АТП-а (аденозин-три-фосфат). Ово прво надовезивање доводи до почетног одвијања ДНК молекула из спирале у два линеарна ланца повезана водоничним везама. Да би репликација била успешна ДНК мора да постане линеаран, а не спирално увијен, дакле мора да изгледа као мердевине. Ензими који одвијају ДНК молекул у облик мердевине се зову хеликазе. Ензими одвијају ДНК молекул веома врзо, чак 75 до 100 револуција у секунди. Овакво веома брзо одвијање молекула ДНК може да доведе до стварања тензија полинуклеотидних ланаца. Ова појава тензија се може видети када се увију пертле и када покушамо брзо да их раздвојимо, пертле се увију у чвориће услед тензије. Да би се ово избегло, јер би овакво стварање чворова могло оштетити ДНК молекул, постоје ензими који се зову ДНК топоизомеразе, и који попуштају водоничне везе како би се тензија и стварање чворића избегло. У исто време док се ДНК молекул раздваја у облик мердевина, структура која се назива репликациона виљушка иде одмах иза топоизомераза и раздваја водоничне везе између парова (А-Т и Г-Ц). Да би ови полинуклеотидни ланци остали раздвојени раздвајајући протеини се везују на обе стране сваког ланца и на тај начин одржавају ланце одвојене. Репликација ДНК молекула може да се упореди са рајфелшусом. Када желимо да отворимо рајфелшус, вучемо механизам на доле, и на тај начин добијамо две стране рајфелшуса за раздвојеним зупчаницима. На исти начин се ДНК раздваја, где механизам на рајфелшусу представља репликациону виљушку.
Након раздвајања постоје два полинуклеотидна ланца, један иде у правцу 3'→ 5' док други иде у правцу 5'→ 3' (антипаралелност). Веома важан ензим који синтетише нове полинуклеотидне ланце ДНК Полимезара δ, може да синтетише нови ланац само у правцу 5'→ 3' читајући у правцу 3'→ 5'. То није проблем за водећи ланац који се синтетише у правцу кретања репликационе виљушке.
Синтезу оба ланца обавља ДНК полимераза тек пошто се веже за родитељски ланац који служи као матрица. Овај ензим не може да се веже за огољени ланац-матрицу већ захтева постојање зачетника (прајмера). Зачетник је кратки ланац РНК (на слици је представњен зеленом бојом)и његову синтезу катализује ензим примаза. Када се кратки ланац РНК комплементарно спари (хибридизује) са почетком ланца матрице то омогућује везивање ДНК полимеразе и почиње синтеза новог ланца. За синтезу ланца који заостаје потребно је да се синтетише већи број зачетника. Оказакијеве фрагменте, по завршетку синтезе, међусобно повезује ензим лигаза.
Ланац који се синтетише правцу супротном од правца кретања репликационе виљушке3' → 5' није у могућности да буде комплетно синтетисан, он се синтетише у фрагментима који се називају Оказакијеви Фрагменти (названим по научнику Реији Оказаки који је први указао на њихово постојање) и појављују се само на ланцу који иде у овом правцу. Да би нови ДНК молекул био комплетан и без прекида, ензим Лигаза има улогу лепка и везује фрагменте један за други, и тако добијемо од једног ДНК молекула, два новонастала ДНК молекула. ДНК Полимераза β има важну улогу у провери нових ДНК молекула, тако што иде дуж целих новонасталих ланаца и чита, и тиме проверава да су све базе повезане како треба да буду (А-Т и Г-Ц). ДНК репликација се зауставља када репликациона виљушка наиђе на секвенцу на ДНК молекулу који кодира за стопирање ДНК репликације.
Процес ДНК репликације је веома компликован, и један од разлога за ову комплексност је тај да новонастали ДНК молекули морају да буду тачни. Грешке у синтези ДНК молекула могу да доводе до разних болести и често су фаталне. Овај процес звучи веома невероватан када се узме у обзир да се нових 850 базних парова код прокариота синтетише у року од једне секунде, док код еукариота ова брзина је нешто нижа услед велике количине информације 150 базних парова у једној секунди.
[уреди] Спољашње везе
