DNA & RNA
Nukleové kyseliny
Vážení návštěvníci. Od konce srpna 2011 jsou tyto stránky přesunuty na novou adresu - http://www.genetika-biologie.cz/. Veškeré texty a materiály naleznete nyní na nové doméně. Tyto stránky - genetika.wz.cz - zůstanou nadále funkční, ale nebudou již dále rozšiřovány, opravovány a doplňovány; veškeré novinky a úpravy budou již jen na nových stránkách Genetika - Biologie. Doufám, že se Vám budou líbit ;-)
Nukleové kyseliny jsou nositelkami dědičné informace. Díky nim dochází k přenosu dědičných znaků na potomstvo a k evoluci. Nejdůležitější jejich schopností je schopnost replikace. Jejich základními stavebními jednotkami jsou tzv. nukleotidy. Nukleotidy se skládají z pětiuhlíkatého cukru (pentózy), zbytku kys. fosforečné (H3PO4) a dusíkatých bází. Na cukr se váže v pozici 5' onen zbytek kys. fosforečné (esterová vazba) a v pozici 1' N-báze (N-glykosidická vazba). V poloze 3' je pak pentóza připojena přez sousední zbytek kyseliny k sousední pentóze. Vzniká polynukleotidové vlákno.
DNA
DNA, neboli kyselina deoxyribonukleová. Její molekula je tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci (přitom jeden řetězec má směr fosfodiesterových vazeb 5' » 3' a druhý 3' » 5' => hovoříme o 3' případně 5' konci). Její cukerná složka je 5C cukr 2-deoxy-D-ribosa (oproti normální ribóze jí v poloze 2' chybí kyslík ). Jakožto dusíkaté báze jsou zastoupeny deriváty purinu (Adenin, Guanin) a pyrimidinu (Cytosin, Thymin). Mezi N-bázemi protějších vláken dochází k vazebným interakcím. Mluvíme zde o zákonu komplementarity, Spolu se váží vždy jen 2 specifické N-báze (vždy 1 báze pyrimidinová a 1 purinová) a to sice Adenin a Thymin (spojeny 2 vodíkovými můstky) a Cytosinem a Guaninem (3 vodíkové můstky). Z toho plyne, že platí tato rovnice (A+C)/(T+G)=1, naopak (A+T)/(C+G) bývá asi 0,25 - 0,75. Mezi sousedními bázemi navíc působí van der Waalsovy síly (pomáhají k celkové stabilitě molekuly).
Obě polynukleotidová vlákna (primární struktura DNA) vytváří (nejčastěji) pravotočivou šroubovici označovanou jako double helix (sekundární struktura DNA).
Jako denaturaci DNA označujeme jev, kdy dojde (např. zvýšenou teplotou, extrémním pH...) k oddělení obou vláken od sebe. Nejde přitom o permanentní oddělení - vlákna se mohou opět připojit k sobě (nebo se mohou spojit s jiným komplementárním vláknem) - to označujeme jako hybridizaci. Hybridazace nachází využití v metodách molekulárně genetické diagnózy nebo metodách rekombinantní DNA.
V eukaryotní buňce existuje ještě nadstavbová struktura DNA v komplexu s bílkovinami - viz stavba chromosomů
Replikace DNA
Jak již bylo řečeno, právě replikace DNA je schopnost zajišťující dědičnost. Pro rozmnožování je nezbytné, aby potomek dostal plnohodnotnou genetickou informaci. Při replikaci vzniknou z jedné mateřské molekuly DNA dvě naprosto stejné DNA dceřiné (každá s jedním vláknem z původní DNA). Klíčovou roli při replikaci DNA mají enzymy (DNA polymerázy). U člověka se vyskytuje 5 druhů enzymů označované jako DNA dependentní DNA polymerázy. Při své práci vždy postupují od konce 5' ke konci 3'. Aby DNA polymeráza mohla zahájit připojování nukleotidů nového vlákna DNA, musí být vodíkové můstky = vazby mezi oběma vlákny nejprve narušeny (využití DNA dependentní RNA polymerázy). Místa kde tato narušení vzniknou jsou označovány jako replikační počátky. U bakterií bychom takovýto počátek našli pouze jeden, zatímco mnohem větší lidská DNA vytváří takovýchto počátků okolo 10 000. To jí umožňuje zreplikovat se také v poměrně krátké době. Poté co jsou k předlohovým (templátovým) vláknům dosyntetizována vlákna nová, je replikace DNA dokončena. DNA polymeráza udělá 1 chybu asi na 107 zreplikovaných bází (teoreticky mohou vznikat i dvojice G-T a A-C, jsou ovšem mnohem méně stabilní), navíc má sama korekční funkci. Replikace DNA je semikonzervativní děj, neboť v obou nově vzniklých DNA je jedno vlákno z původní dvoušroubovice.
V eukaryotních buňkách rozlišujeme několik typů DNA polymeráz - (α, β, γ, δ). Vzhledem k tomu, že polymerázová aktivita je pouze ve směru od 5' konce ke 3' konci (je důležité si uvědomit, že polymerasa čte matrici - vlákno DNA - ve směru 3' → 5', zatímco syntéza RNA řetězce probíhá ve směru 5' → 3'.) - může tímto směrem probíhat replikace pouze na jednom vlákně. Na tomto vláknu probíhá replikace kontinuálně a označujeme je jako vedoucí řetězec. Na druhém řetězci je situace složitější. Replikace zde probíhá proti směru rozplétání dvoušroubovice a to diskontinuálně po menších úsecích. Tyto části se nazývají Okazakiho fragmenty a celý řetěz nazýváme opožďující se řetězec. Takto vzniklé fragmenty napojí k sobě do jednolitého vlákna enzym DNA ligáza. Posledním enzymem, který je nezbytný pro replikaci je DNA primáza. DNA polymeráza totiž neumí zahájit polymeraci od jediného nukleotidu - proto zde nastupuje právě DNA primáza (což je vlastně DNA dependentní RNA polymeráza), která nasyntetizuje krátký úsek RNA - tzv. primer - od kterého už může DNA polymeráza zahájit polymeraci. Takovýto primer vznikne nejen na vedoucím řetězci, ale musí vzniknout i před každým Okazakiho fragmentem na opožďujícím se řetězci. Primery jsou posléze vyštěpeny - chybějící úseky dosyntetizovány a vlákno je spojeno DNA ligázou.
RNA
RNA = kyselina ribonukleová. Její molekula je tvořena jen jedním (není zcela pravda, existují i dvouřetězcové RNA, např. u některých virů) polynukleotidovým vláknem. Sacharidovou složku tvoří 5C cukr D-ribosa, N-báze tvoří Adenin, Cytosin, Guanin a Uracyl (zařazován místo Thyminu, pyrimidinová báze). RNA (díky OH skupinám v poloze 2' i 3') může sama vykonávat i některé enzymatické funkce (štěpení esterové vazby, katalýza polymerace ...). Také díky tomu se usuzuje, že u prvních praorganismů byla nositelkou genetické informace právě RNA. RNA je narozdíl od DNA nestabilní v alkalickém prostředí.
Vyskytují se 3 základní typy RNA:
mRNA: messenger RNA neboli informační. Přenáší informaci o pořadí aminokyselin z jádra k místu proteosyntézy.
tRNA: transferová RNA. Přináší aminokyseliny na proteosyntetický aparát buňky. Funkčně se na nich rozlišuje několik míst, nejdůležitější je antikodon se specifickou trojicí bazí (různým antikodonům odpovídají různé aminokyseliny) a místo kde je samotná aminokyselina navázána.
rRNA: ribozomální RNA. Tvoří stavební složku ribozomálních podjednotek. Vyskytuje se několik velikostně odlišných typů. Více viz eukaryota, prokaryota.
Obrázky
Adenin + Thymin
Strukturní vzorec dvou N-bází - Adeninu (purinová) a Thyminu (pyrimidinová). Obrázek rovněž ukazuje jejich vzájemné spojení pomocí 2 vodíkových můstků (vazba A=T v DNA).
Cytosin + Guanin
Strukturní vzorec dvou N-bází - Guaninu (purinová) a Cytosinu (pyrimidinová). Obrázek rovněž ukazuje jejich vzájemné spojení pomocí 3 vodíkových můstků (vazba C=G v DNA).
Uracyl
Strukturní vzorec Uracylu. Tato N-báze zastupuje thymin v RNA. Jedná se taktéž o derivát pyrimidinu (porovnejte uracyl s thyminem).
Ribóza a Deoxyribóza
Strukturní vzorec dvou cukerných složek nukleových kyselin - Ribózy a 2 - deoxyribózy (bez kyslíku v OH skupině na druhém uhlíku).
Replikace DNA
Schéma replikace DNA. Vlákna se od sebe působením enzymů oddělí a ke každému (původnímu) vláknu je dosyntetizováno podle komplementarity bází vlákno druhé. Z jedné DNA vzniknou 2, naprosto stejné.
Externí odkazy a obrázky
- Dolan DNA learning centre (stránky, anglicky)
- DNA - struktura (obrázek, anglicky)
- Párování nukleotidů (obrázek, anglicky)
- DNA a RNA, struktura (obrázek, anglicky)
- mRNA a kodony (obrázek, anglicky)
- Replikace DNA, schématicky (obrázek, anglicky)
- Replikační vidlice (obrázek, anglicky)
Obrázky nukleových kyselin jakož i jiné obrázky najdete volně k použití pro vzdělávací účely na http://www1.geneticsolutions.com/PageReq?id=3844:1873.