Deoxyribonukleová kyselina neboli DNA je molekula, která je nositelem genetické informace téměř ve všech živých organismech. Obsahuje biologické instrukce pro vývoj, přežití a rozmnožování organismů. DNA se nachází v jádře buňky, kde je za pomoci několika bílkovin známých jako histony zabalena do kompaktní formy zvané chromozom. Nachází se také v buněčných strukturách zvaných mitochondrie. U prokaryot však DNA není uzavřena v jádře ani v membráně, ale nachází se v cytoplazmě. DNA u prokaryot je obvykle kruhová a svinutá bez histonů. DNA uchovává genetickou informaci jako sekvenci nukleotidů ve speciálních oblastech známých jako geny, které se používají k tvorbě proteinů. Exprese genetické informace do proteinů je dvoufázový proces, při kterém se sekvence nukleotidů v DNA přemění na molekulu zvanou ribonukleová kyselina nebo RNA procesem zvaným transkripce. RNA se používá k tvorbě bílkovin dalším procesem zvaným translace. Lidský genom obsahuje téměř 3 109 bází s přibližně 20 000 geny na 23 chromozomech.

DNA byla poprvé objevena německým biochemikem Frederichem Miescherem v roce 1869. Na základě prací Erwina Chargaffa, Jamese Watsona, Francise Cricka, Maurice Wilkinse a Rosalindy Franklinové byla struktura DNA objevena v roce 1953. Struktura DNA je : dvě komplementární vlákna polynukleotidů, která probíhají v opačných směrech a jsou držena pohromadě vodíkovými vazbami mezi nimi. Tato struktura pomáhá DNA replikovat se během buněčného dělení a také k tomu, aby jedno vlákno sloužilo jako templát při transkripci.

• 1 Vlastnosti molekuly DNA
  • 1.1 Dvojitá šroubovice
  • 1. Jaké jsou vlastnosti molekuly DNA?2 Komplementární báze
  • 1.3 Denaturace a renaturace DNA
  • 1.4 Drážky
• 2 Biologické funkce
  • 2. Jaké jsou funkce DNA?1 Replikace
  • 2.2 Transkripce a translace
• 3 Formy DNA
• 4 Historie struktury DNA
• 5 Modely DNA

Vlastnosti molekuly DNA

Dvojitá šroubovice

se skládá ze dvou polynukleotidových řetězců, . V DNA se skládá z navázaného na 5′, který je spojen beta-glykosidickou vazbou s purinem nebo pyrimidinem . O tom, která z forem DNA je přítomna, rozhoduje především ribóza. Na tomto obrázku, který ukazuje B DNA, je 2′ uhlík mimo rovinu ostatních členů pětičlenného kruhu. V , je 3′ uhlík mimo rovinu kruhu ribózy. čtyři typy bází jsou dvě dvoučlenné purinové báze a a dvě jednočlenné pyrimidinové báze a . atomy vodíku na některých atomech dusíku a kyslíku mohou podléhat tautomerním posunům. Atomy dusíku, které se podílejí na tvorbě tautomerů, se jeví jako aminoskupiny nebo iminoskupiny a atomy kyslíku jsou buď ve formě keto, nebo enolu. Pomocí izolovaného thyminu pro ilustraci a . Existuje preference amino a keto forem, která je velmi důležitá pro biologické fungování DNA, protože zajišťuje a s deoxyribózou a vede ke specifičnosti vodíkové vazby při párování bází, a tím ke komplementaritě řetězců. Iminodusík může ve vodíkové vazbě sloužit pouze jako dárcovský atom, ale aminodusík může sloužit i jako přijímající atom. Každý nukleotid v řetězci DNA je spojen s jiným prostřednictvím . V DNA jsou čtyři nukleotidy. Cukr-fosfátová páteř DNA je díky fosfodiesterové vazbě velmi pravidelná, zatímco uspořádání bází je velmi nepravidelné.

A C G T

Puriny Pyrimidiny

Komplementární báze

Dva řetězce v DNA jsou spojeny vodíkovými vazbami mezi konkrétními bázemi. Adenin tvoří páry bází s tyminem a guanin s cytosinem. Toto specifické párování bází mezi a je známé jako Watsonovo-Crickovo párování bází. Specifičnost vodíkových vazeb mezi bázemi vede ke komplementaritě pořadí nukleotidů v obou řetězcích. V řetězci DNA se tedy obsah adeninu rovná obsahu thyminu a obsah guaninu se rovná obsahu cytosinu. Obecně je DNA s vyšším obsahem GC stabilnější než DNA s vyšším obsahem AT díky stabilizaci způsobené interakcemi při skládání bází.

Denaturace a renaturace DNA

Dvojvlákno DNA lze rozdělit na dvě jednoduchá vlákna přerušením vodíkových vazeb mezi nimi. Tento proces se nazývá denaturace DNA. K roztavení nebo denaturaci DNA lze použít tepelnou energii poskytovanou zahříváním. Molekuly s vysokým obsahem GC jsou stabilnější, a proto denaturují při vyšších teplotách ve srovnání s molekulami s vyšším obsahem AT. Teplota tání je definována jako teplota, při které je polovina vláken DNA ve stavu dvojité šroubovice a polovina ve stavu náhodného závitu. Denaturovaná jednotlivá vlákna DNA mají schopnost renaturovat a znovu vytvořit dvouvláknovou DNA.

Drážky

V bázích, které jsou navzájem spárovány, ale jsou umístěny pod úhlem. Vznikají tak nestejně rozmístěné cukr-fosfátové páteře a vznikají dvě drážky: the a the různé šířky a hloubky. The jsou na povrchu vedlejší drážky a hlavní drážka je na opačné straně. Dno nebo povrch hlavní drážky je vyplněn . Větší velikost hlavní drážky umožňuje vazbu proteinů specifických pro DNA.

Biologické funkce

Zdroje:

Replikace

DNA prochází tzv. semikonzervativním způsobem replikace, kdy dceřiná DNA obsahuje jedno vlákno DNA mateřské. Replikace probíhá prostřednictvím odvíjení dvojité šroubovice, po němž následuje syntéza primerů, odkud replikace začíná. Enzym DNA polymeráza syntetizuje komplementární vlákna ke každému rodičovskému vláknu ze směru 5′-3′.

Transkripce a translace

Exprese genů do proteinů a je proces zahrnující dvě fáze nazývané transkripce a translace. Ve fázi transkripce slouží vlákno molekuly DNA jako předloha pro syntézu molekuly RNA zvané messengerová RNA. Tato poselská RNA je pak na ribozomech překládána do proteinů.

Formy DNA

Pro srovnání různých forem DNA viz formy DNA.

Historie struktury DNA

Následující shrnutí je se svolením zkopírováno z atlasu makromolekul:

V roce 1944 bylo prokázáno, že geny sídlí v DNA (Avery a kol.), a po experimentech Hersheyho a Chase z roku 1952 se tato skutečnost stala všeobecně uznávanou. Dvojšroubovicovou strukturu DNA předpověděli James Watson a Francis Crick v roce 1953 (Nobelova cena, 1962). Jejich předpověď částečně vycházela z rentgenových difrakčních studií Rosalindy Franklinové, které Watson a Maurice Wilkins nepřiznali patřičné zásluhy. Předpovězená dvojitá šroubovice ve tvaru B byla potvrzena krystalovými strukturami s atomovým rozlišením až v roce 1973, nejprve pomocí dinukleotidů RNA (Rosenberg a kol.). První krystalová struktura obsahující více než celý závit dvojité šroubovice byla vyřešena až v roce 1980 (1bna, 1981, 12 párů bází). Zpoždění více než čtvrt století mezi předpovědí a empirickým potvrzením souviselo s rozvojem rentgenové krystalografie pro makromolekuly a s potřebou vytvořit krátkou, definovanou sekvenci DNA pro krystalizaci. Tento stručný popis vychází z přehledu autorů Bermana, Gelbina a Westbrooka , kde naleznete odkazy.

Modely DNA

Model DNA použitý ve scénách v tomto článku je teoretický model (Image:B-DNA.pdb), který není k dispozici v Protein Data Bank. Soubor PDB nedodržuje některé konvence formátu PDB:

• Báze jsou označeny ADE, CYT, GUA a THY místo standardních DA, DC, DG a DT.
• Řetězce nejsou pojmenovány. Typicky by byly pojmenovány A a B.

Jeden řetězec obsahuje zbytky očíslované 1-12 v sekvenci CGCG AATT CGCG. Druhý řetězec obsahuje zbytky očíslované 13-24 s identickou (antiparalelní) sekvencí.

Teoretické modely obvykle představují idealizovanou konformaci DNA, zatímco skutečná DNA může mít různé nepravidelnosti včetně záhybů a ohybů (viz příklady vázané na represor Lac). Existuje spousta empirických modelů pro DNA, přičemž první z nich byly k dispozici v 70. a 80. letech 20. století (viz výše). V květnu 2012 obsahovala Protein Data Bank téměř 4 000 záznamů obsahujících DNA. Více než 1 300 z nich obsahuje pouze DNA, zatímco více než 2 000 obsahuje komplexy protein-DNA. Více než 100 záznamů obsahuje bílkoviny, DNA a RNA a více než 100 obsahuje hybridní molekuly DNA/RNA.

Další interaktivní vizualizace DNA naleznete na webu DNA.MolviZ.Org, který je k dispozici v devíti jazycích.

.