Struktura DNA

By Susha Cheriyedath, M.Sc.Reviewed by Sally Robertson, B.Sc.

Objev struktury DNA Jamesem Watsonem a Francisem Crickem v roce 1953 je jedním z nejrevolučnějších vědeckých objevů současnosti. Výzkum, který vedl k objevu struktury nukleových kyselin, však začal o několik let dříve a podílelo se na něm mnoho různých vědců po celém světě.

Raný vývoj

V roce 1869 švýcarský biochemik Frederich Miescher jako první identifikoval DNA jako přítomnou uvnitř jader lymfocytů. Význam této molekuly si však uvědomil až o více než 50 let později. V roce 1919 navrhl ruský biochemik Phoebus Levene, že nukleové kyseliny jsou tvořeny nukleotidy, které se skládají z jedné ze čtyř bází – A (adenin), T (tymin), G (guanin) a C (cytosin); cukru a fosfátové skupiny.

Rakouský biochemik Erwin Chargaff, inspirovaný článkem Oswalda Averyho z roku 1944 o DNA jako genetickém materiálu, zahájil v 50. letech 20. století výzkumný projekt zaměřený na chemii nukleových kyselin. Na základě svých pozorování o množství bází v DNA formuloval Chargaffovo pravidlo, které říká, že celkové množství purinů (A + G) je téměř stejné jako celkové množství pyrimidinů (C + T). Kombinace Leveneho zjištění a zásadní práce Rosalindy Franklinové a Maurice Wilkinse v oblasti rentgenové krystalografie na struktuře DNA položila základy pro převratný objev struktury dvojité šroubovice, který učinili Watson a Crick v roce 1953.

V roce 1962 obdrželi Watson, Crick a Wilkins společně Nobelovu cenu za medicínu „za objevy týkající se molekulární struktury nukleových kyselin a jejího významu pro přenos informace v živém materiálu.“

Dvojitá šroubovice DNA

Struktura a složky

DNA se skládá ze 2 polynukleotidových řetězců neboli vláken, navinutých kolem sebe tak, že připomínají stočený žebřík. Tato struktura se označuje jako dvojitá šroubovice. Páteř každého z těchto vláken tvoří opakující se vzor pětiuhlíkatého cukru a fosfátové skupiny. Každý cukr je připojen k jedné ze čtyř bází obsahujících dusík: A, T, G nebo C.

Cukr přítomný v nukleotidu je deoxyribóza, odtud název deoxyribonukleová kyselina (DNA). Ve struktuře dvojité šroubovice DNA jsou všechny čtyři báze omezeny na vnitřní stranu dvojité šroubovice, kde je drží vodíkové (H) vazby spojující komplementární báze na obou vláknech. Cukr-fosfátové páteře DNA jsou na vnější straně dvojité šroubovice.

Vodíkové vazby

Adenin a thymin jsou spárovány dvěma H-vazbami, zatímco cytosin a guanin jsou spárovány třemi H-vazbami. Báze jsou poskládány do žebříčku a hydrofobní vazba mezi bázemi dodává molekule DNA stabilitu.

Komplementární párování bází

Dvě vlákna DNA ve dvojité šroubovici probíhají v opačných směrech (antiparalelně vůči sobě), aby se báze v každém páru bází vešly do dvojité šroubovice. To znamená, že nukleotidy v každém vlákně DNA jsou přesně komplementární k nukleotidům v druhém vlákně.

Komplementární párování bází A s T a G s C umožňuje optimalizaci energetických hladin uvnitř dvojité šroubovice. V tomto uspořádání dvojité šroubovice zůstává šířka každého páru bází stejná, což znamená, že je zachována stejná vzdálenost mezi páteřemi cukrů a fosfátů, a to po celé délce molekuly DNA. Ke zkroucení nebo otočení dvou cukr-fosfátových páteří dvojité šroubovice dochází každých deset párů bází, což maximalizuje účinnost balení párů bází.

Dvě polynukleotidová vlákna dvojité šroubovice DNA poskytují jednoduchý základ pro kopírování informace v molekule. Při oddělení slouží každé z obou vláken jako šablona pro vytvoření přesné nebo identické kopie molekuly DNA.

1. http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/
3. http://cs.boisestate.edu/~amit/teaching/342/lab/structure.html
4. http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397
5. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/

Další čtení

• Všechen obsah DNA
• Co je DNA?
• Vlastnosti DNA
• Chemické modifikace DNA
• Biologické funkce DNA

Napsal

Susha Cheriyedath

Susha má bakalářský titul (B.Sc.) v oboru chemie a titul Master of Science (M.Sc.) v oboru biochemie na univerzitě v indickém Kalikutu. Vždy se živě zajímala o lékařské a zdravotnické vědy. V rámci magisterského studia se specializovala na biochemii se zaměřením na mikrobiologii, fyziologii, biotechnologii a výživu. Ve volném čase ráda vaří v kuchyni se svými supermessy experimenty s pečením.

Citace

.