Deoxyribonukleová kyselina

Štruktúra DNA

DNA má tvar dvojitej špirály, ktorá je ako rebrík stočený do špirály. Každý stupeň rebríka predstavuje pár nukleotidov.

Nukleotidy

Nukleotid je molekula zložená z:

• deoxyribóza, druh cukru s 5 atómami uhlíka,
• fosfátová skupina zložená z fosforu a kyslíka a
• dusíkatý základ

DNA sa skladá zo štyroch typov nukleotidov:

• Adenín (A)
• tymín (T)
• Cytosín (C)
• Guanín (G)

Každá "priečka" rebríka DNA je tvorená dvoma bázami, pričom z každého ramena pochádza jedna báza. Bázy sa spájajú v strede: "A" sa spája len s "T" a "C" sa spája len s "G". Bázy držia pohromade vodíkovými väzbami.

Adenín (A) a tymín (T) sa môžu spájať, pretože vytvárajú dve vodíkové väzby, a cytozín (C) a guanín (G) sa spájajú a vytvárajú tri vodíkové väzby. Hoci sú bázy vždy v pevných dvojiciach, dvojice môžu byť v ľubovoľnom poradí (A-T alebo T-A; podobne C-G alebo G-C). Týmto spôsobom môže DNA písať "kódy" z "písmen", ktorými sú bázy. Tieto kódy obsahujú správu, ktorá hovorí bunke, čo má robiť.

Chromatín

Na chromozómoch je DNA spojená s proteínmi nazývanými históny a tvorí chromatín. Toto spojenie sa podieľa na epigenetike a regulácii génov. Gény sa zapínajú a vypínajú počas vývoja a činnosti buniek a táto regulácia je základom väčšiny činností, ktoré sa v bunkách odohrávajú.

Štruktúra DNA

DNA má tvar dvojitej špirály, ktorá je ako rebrík stočený do špirály. Každý stupeň rebríka predstavuje pár nukleotidov.

Nukleotidy

Nukleotid je molekula zložená z:

• deoxyribóza, druh cukru s 5 atómami uhlíka,
• fosfátová skupina zložená z fosforu a kyslíka a
• dusíkatý základ

DNA sa skladá zo štyroch typov nukleotidov:

• Adenín (A)
• tymín (T)
• Cytosín (C)
• Guanín (G)

Každá "priečka" rebríka DNA je tvorená dvoma bázami, pričom z každého ramena pochádza jedna báza. Bázy sa spájajú v strede: "A" sa spája len s "T" a "C" sa spája len s "G". Bázy držia pohromade vodíkovýmiväzbami.

Adenín (A) a tymín (T) sa môžu spájať, pretože vytvárajú dve vodíkové väzby, a cytozín (C) a guanín (G) sa spájajú a vytvárajú tri vodíkové väzby. Hoci sú bázy vždy v pevných dvojiciach, dvojice môžu byť v ľubovoľnom poradí (A-T alebo T-A; podobne C-G alebo G-C). Týmto spôsobom môže DNA písať "kódy" z "písmen", ktorými sú bázy. Tieto kódy obsahujú správu, ktorá hovorí bunke, čo má robiť.

Chromatín

Na chromozómoch je DNA spojená s proteínmi nazývanými históny a tvorí chromatín. Toto spojenie sa podieľa na epigenetike a regulácii génov. Gény sa zapínajú a vypínajú počas vývoja a činnosti buniek a táto regulácia je základom väčšiny činností, ktoré sa v bunkách odohrávajú.

Kopírovanie DNA

Keď sa DNA kopíruje, nazýva sa to replikácia DNA. Stručne povedané, vodíkové väzby, ktoré držia pohromade párové bázy, sa porušia a molekula sa rozdelí na polovicu: oddeľujú sa ramená rebríka. Vzniknú tak dve samostatné vlákna. Nové vlákna sa vytvárajú spájaním báz (A s T a G s C), aby sa vytvorili chýbajúce vlákna.

Najprv enzým nazývaný DNA helikáza rozdelí DNA v strede tak, že preruší vodíkové väzby. Potom, keď je molekula DNA rozdelená na dva samostatné kusy, iná molekula nazývaná DNA polymeráza vytvorí nové vlákno, ktoré zodpovedá každému z vlákien rozdelenej molekuly DNA. Každá kópia molekuly DNA sa skladá z polovice pôvodnej (východiskovej) molekuly a polovice nových báz.

Mutácie

Pri kopírovaní DNA niekedy dochádza k chybám, ktoré sa nazývajú mutácie. Existujú tri hlavné typy mutácií:

• Delecia, pri ktorej sa vynecháva jedna alebo viacero báz.
• Substitúcia, pri ktorej sa jedna alebo viac báz nahradí inou bázou v sekvencii.
• Vloženie, pri ktorom sa vloží jedna alebo viacero báz navyše.
• Duplikácia, pri ktorej sa opakuje sekvencia párov báz.

Mutácie možno klasifikovať aj podľa ich vplyvu na štruktúru a funkciu proteínov alebo podľa ich vplyvu na fitness. Mutácie môžu byť pre organizmus zlé, neutrálne alebo prospešné. Niekedy sú mutácie pre organizmus fatálne - bielkovina vytvorená novou DNA vôbec nefunguje, čo spôsobí smrť embrya. Na druhej strane, evolúciu posúvajú dopredu mutácie, keď nová verzia bielkoviny funguje pre organizmus lepšie.

Kopírovanie DNA

Keď sa DNA kopíruje, nazýva sa to replikácia DNA. Stručne povedané, vodíkové väzby, ktoré držia pohromade párové bázy, sa porušia a molekula sa rozdelí na polovicu: oddeľujú sa ramená rebríka. Vzniknú tak dve samostatné vlákna. Nové vlákna sa vytvárajú spájaním báz (A s T a G s C), aby sa vytvorili chýbajúce vlákna.

Najprv enzým nazývaný DNA helikáza rozdelí DNA v strede tak, že preruší vodíkové väzby. Potom, keď je molekula DNA rozdelená na dva samostatné kusy, iná molekula nazývaná DNA polymeráza vytvorí nové vlákno, ktoré zodpovedá každému z vlákien rozdelenej molekuly DNA. Každá kópia molekuly DNA sa skladá z polovice pôvodnej (východiskovej) molekuly a polovice nových báz.

Mutácie

Pri kopírovaní DNA niekedy dochádza k chybám, ktoré sa nazývajú mutácie. Existujú štyri hlavné typy mutácií:

• Delecia, pri ktorej sa vynecháva jedna alebo viacero báz.
• Substitúcia, pri ktorej sa jedna alebo viac báz nahradí inou bázou v sekvencii.
• Vloženie, pri ktorom sa vloží jedna alebo viacero báz navyše.
• Duplikácia, pri ktorej sa opakuje sekvencia párov báz.

Mutácie možno klasifikovať aj podľa ich vplyvu na štruktúru a funkciu proteínov alebo podľa ich vplyvu na fitness. Mutácie môžu byť pre organizmus zlé, neutrálne alebo prospešné. Niekedy sú mutácie pre organizmus fatálne - bielkovina vytvorená novou DNA vôbec nefunguje, čo spôsobí smrť embrya. Na druhej strane, evolúciu posúvajú dopredu mutácie, keď nová verzia bielkoviny funguje pre organizmus lepšie.

Syntéza bielkovín

Úsek DNA, ktorý obsahuje inštrukcie na výrobu proteínu, sa nazýva gén. Každý gén obsahuje sekvenciu pre aspoň jeden polypeptid. Proteíny vytvárajú štruktúry a tiež enzýmy. Enzýmy vykonávajú väčšinu práce v bunkách. Bielkoviny sa skladajú z menších polypeptidov, ktoré sú tvorené aminokyselinami. Aby bielkovina vykonala určitú prácu, musia sa správne aminokyseliny spojiť v správnom poradí.

Bielkoviny sa v bunke vytvárajú pomocou malých strojčekov nazývaných ribozómy. Ribozómy sa nachádzajú v hlavnej časti bunky, ale DNA je len v jadre bunky. Kodón je súčasťou DNA, ale DNA nikdy neopúšťa jadro. Keďže DNA nemôže opustiť jadro, bunka vytvára kópiu sekvencie DNA v RNA. Tá je menšia a môže sa dostať cez otvory - póry - v membráne jadra von do bunky.

Gény zakódované v DNA sa prepisujú do messengerovej RNA (mRNA) pomocou proteínov, ako je RNA polymeráza. Zrelá mRNA sa potom používa ako predloha na syntézu bielkovín pomocou ribozómu. Ribozómy čítajú kodóny, "slová" zložené z troch párov báz, ktoré ribozómu určujú, ktorú aminokyselinu má pridať. Ribozóm skenuje mRNA, číta kód a zároveň vytvára bielkovinu. Ďalšia RNA nazývaná tRNA pomáha priradiť správnu aminokyselinu ku každému kodónu.

Syntéza bielkovín

Úsek DNA, ktorý obsahuje inštrukcie na výrobu proteínu, sa nazýva gén. Každý gén obsahuje sekvenciu pre aspoň jeden polypeptid. Proteíny vytvárajú štruktúry a tiež enzýmy. Enzýmy vykonávajú väčšinu práce v bunkách. Bielkoviny sa skladajú z menších polypeptidov, ktoré sú tvorené aminokyselinami. Aby bielkovina vykonala určitú prácu, musia sa správne aminokyseliny spojiť v správnom poradí.

Bielkoviny sa v bunke vytvárajú pomocou malých strojčekov nazývaných ribozómy. Ribozómy sa nachádzajú v hlavnej časti bunky, ale DNA je len v jadre bunky. Kodón je súčasťou DNA, ale DNA nikdy neopúšťa jadro. Keďže DNA nemôže opustiť jadro, bunkové jadro vytvára kópiu sekvencie DNA v RNA. Tá je menšia a môže sa dostať cez otvory - póry - v membráne jadra von do bunky.

Gény zakódované v DNA sa prepisujú do messengerovej RNA (mRNA) pomocou proteínov, ako je RNA polymeráza. Zrelá mRNA sa potom používa ako predloha na syntézu bielkovín pomocou ribozómu. Ribozómy čítajú kodóny, "slová" zložené z troch párov báz, ktoré ribozómu určujú, ktorú aminokyselinu má pridať. Ribozóm skenuje mRNA, číta kód a zároveň vytvára bielkovinu. Ďalšia RNA nazývaná tRNA pomáha priradiť správnu aminokyselinu ku každému kodónu.

História výskumu DNA

DNA prvýkrát izoloval (extrahoval z buniek) švajčiarsky lekár Friedrich Miescher v roku 1869, keď sa zaoberal baktériami z hnisu v chirurgických obväzoch. Molekulu našiel v jadre buniek, a preto ju nazval nukleín.

V roku 1928 Frederick Griffith zistil, že vlastnosti "hladkej" formy pneumokoka sa môžu preniesť na "drsnú" formu tej istej baktérie zmiešaním usmrtenej "hladkej" baktérie so živou "drsnou" formou. Tento systém poskytol prvý jasný dôkaz, že DNA nesie genetickú informáciu.

Experiment Avery-MacLeod-McCarty identifikoval DNA ako transformačný princíp v roku 1943.

Úloha DNA v dedičnosti bola potvrdená v roku 1952, keď Alfred Hershey a Martha Chase v experimente Hershey-Chase dokázali, že DNA je genetickým materiálom bakteriofága T2.

V 50. rokoch 20. storočia Erwin Chargaff zistil, že množstvo tymínu (T) prítomného v molekule DNA sa približne rovná množstvu prítomného adenínu (A). Zistil, že to isté platí aj pre guanín (G) a cytozín (C). Toto zistenie je zhrnuté v Chargaffových pravidlách.

V roku 1953 James D. Watson a Francis Crick v časopise Nature navrhli model štruktúry DNA, ktorý sa dnes považuje za prvý správny model dvojitej špirály. Ich dvojšpirálový, molekulárny model DNA bol vtedy založený na jedinej röntgenovej difrakčnej snímke "Photo 51", ktorú urobili Rosalind Franklinová a Raymond Gosling v máji 1952.

Experimentálne dôkazy podporujúce Watsonov a Crickov model boli publikované v sérii piatich článkov v tom istom čísle časopisu Nature. Z nich článok Franklina a Goslinga bol prvým uverejnením ich vlastných údajov z röntgenovej difrakcie a originálnej metódy analýzy, ktoré čiastočne podporili Watsonov a Crickov model; toto číslo obsahovalo aj článok o štruktúre DNA od Mauricea Wilkinsa a jeho dvoch kolegov, ktorých analýza a röntgenové modely B-DNA in vivo tiež podporili prítomnosť in vivo dvojšpirálových konfigurácií DNA, ako ich navrhli Crick a Watson pre svoj dvojšpirálový molekulový model DNA na predchádzajúcich dvoch stranách Nature. V roku 1962, po Franklinovej smrti, dostali Watson, Crick a Wilkins spoločne Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu. Nobelove ceny sa v tom čase udeľovali len žijúcim laureátom. Diskusia o tom, kto by mal získať uznanie za tento objav, pokračuje.

V roku 1957 Crick vysvetlil vzťah medzi DNA, RNA a proteínmi v ústrednej dogme molekulárnej biológie.

Na to, ako sa DNA kopíruje (mechanizmus replikácie), sa prišlo v roku 1958 prostredníctvom Meselson-Stahlovho experimentu. Ďalšia práca Cricka a jeho spolupracovníkov ukázala, že genetický kód je založený na neprekrývajúcich sa trojiciach báz, nazývaných kodóny. Tieto zistenia predstavujú zrod molekulárnej biológie.

O tom, ako Watson a Crick dospeli k Franklinovým výsledkom, sa veľa diskutuje. Crick, Watson a Maurice Wilkins získali Nobelovu cenu v roku 1962 za svoju prácu na DNA - Rosalind Franklinová zomrela v roku 1958.

James D. Watson a Francis Crick (vpravo) s Maclynom McCartym (vľavo)

História výskumu DNA

DNA prvýkrát izoloval (extrahoval z buniek) švajčiarsky lekár Friedrich Miescher v roku 1869, keď sa zaoberal baktériami z hnisu v chirurgických obväzoch. Molekulu našiel v jadre buniek, a preto ju nazval nukleín.

V roku 1928 Frederick Griffith zistil, že vlastnosti "hladkej" formy pneumokoka sa môžu preniesť na "drsnú" formu tej istej baktérie zmiešaním usmrtenej "hladkej" baktérie so živou "drsnou" formou. Tento systém poskytol prvý jasný dôkaz, že DNA nesie genetickú informáciu.

Experiment Avery-MacLeod-McCarty identifikoval DNA ako transformačný princíp v roku 1943.

Úloha DNA v dedičnosti bola potvrdená v roku 1952, keď Alfred Hershey a Martha Chase v experimente Hershey-Chase dokázali, že DNA je genetickým materiálom bakteriofága T2.

V 50. rokoch 20. storočia Erwin Chargaff zistil, že množstvo tymínu (T) prítomného v molekule DNA sa približne rovná množstvu prítomného adenínu (A). Zistil, že to isté platí aj pre guanín (G) a cytozín (C). Toto zistenie je zhrnuté v Chargaffových pravidlách.

V roku 1953 James D. Watson a Francis Crick v časopise Nature navrhli model štruktúry DNA, ktorý sa dnes považuje za prvý správny model dvojitej špirály. Ich dvojšpirálový, molekulárny model DNA bol vtedy založený na jedinej röntgenovej difrakčnej snímke "Photo 51", ktorú urobili Rosalind Franklinová a Raymond Gosling v máji 1952.

Experimentálne dôkazy podporujúce Watsonov a Crickov model boli publikované v sérii piatich článkov v tom istom čísle časopisu Nature. Z nich článok Franklina a Goslinga bol prvým uverejnením ich vlastných údajov z röntgenovej difrakcie a originálnej metódy analýzy, ktoré čiastočne podporili Watsonov a Crickov model; toto číslo obsahovalo aj článok o štruktúre DNA od Mauricea Wilkinsa a jeho dvoch kolegov, ktorých analýza a röntgenové modely B-DNA in vivo tiež podporili prítomnosť in vivo dvojšpirálových konfigurácií DNA, ako ich navrhli Crick a Watson pre svoj dvojšpirálový molekulový model DNA na predchádzajúcich dvoch stranách Nature. V roku 1962, po Franklinovej smrti, dostali Watson, Crick a Wilkins spoločne Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu. Nobelove ceny sa v tom čase udeľovali len žijúcim laureátom. Diskusia o tom, kto by mal získať zásluhy za tento objav, pokračuje.

V roku 1957 Crick vysvetlil vzťah medzi DNA, RNA a proteínmi v ústrednej dogme molekulárnej biológie.

Na to, ako sa DNA kopíruje (mechanizmus replikácie), sa prišlo v roku 1958 prostredníctvom Meselson-Stahlovho experimentu. Ďalšia práca Cricka a jeho spolupracovníkov ukázala, že genetický kód je založený na neprekrývajúcich sa trojiciach báz, nazývaných kodóny. Tieto zistenia predstavujú zrod molekulárnej biológie.

O tom, ako Watson a Crick dospeli k Franklinovým výsledkom, sa veľa diskutuje. Crick, Watson a Maurice Wilkins získali Nobelovu cenu v roku 1962 za svoju prácu na DNA - Rosalind Franklinová zomrela v roku 1958.

James D. Watson a Francis Crick (vpravo) s Maclynom McCartym (vľavo)

Otázky DNA a súkromia

Polícia v Spojených štátoch využívala verejné databázy DNA a rodokmeňov na riešenie odložených prípadov. Americkáúniaobčianskychslobôd vyjadrila v súvislosti s touto praxou obavy.

Otázky DNA a ochrany súkromia

Polícia v Spojených štátoch využívala verejné databázy DNA a rodokmeňov na riešenie odložených prípadov. Americká únia občianskych slobôd vyjadrila v súvislosti s touto praxou obavy.

Súvisiace stránky

• Delenie buniek
• Mitóza
• Meióza
• Oprava DNA
• Chromozóm
• Sekvenčná analýza

Súvisiace stránky

• Delenie buniek
• Mitóza
• Meióza
• Oprava DNA
• Chromozóm
• Sekvenčná analýza