DNA

DNA
 
2.1 Zloženie a štruktúra DNA
Deoxyribonukleová kyselina je nositeľkou genetickej informácie všetkých organizmov s výnimkou nebunkových vírusov. U eukaryotických organizmov je DNA uložená v jadre, prípadne môže sa nachádzať aj v mitochondriách a chloroplastoch (mimojadrová dedičnosť). U prokaryotických organizmov sa DNA nachádza voľne v cytoplazme a nie je ohraničená jadrovou membránou. Jej úlohou je riadiť rast, delenie a regeneráciu bunky.

Skladá sa z:
1.  2-deoxy-D-ribóza
2.  Dusíkatých báz a) A (adenín) ↔ T (tymín)
b) C (cytozín) ↔ G (guanín)
3.  Zvyšku kyseliny trihydrogénfosforečnej PO43-

Makromolekula DNA je podobne ako bielkoviny charakterizovaná primárnou, sekundárnou a terciárnou štruktúrou. Primárna štruktúra DNA je daná poradím nukleotidov, ktoré sú do polynukleotidového reťazca viazané už spomínanou 3',5'-fosfodiesterovou väzbou. Relatívna molekulová hmotnosť takejto makromolekuly môže byť rádovo až 109, čo predstavuje asi 200 tisíc stavebných jednotiek. Primárna štruktúra DNA určuje poradie aminokyselín v bielkovinách. Sekvencia nukleotidov, ktorá obsahuje informáciu pre syntézu určitého produktu (najčastejšie je ním funkčná enzymatická bielkovina), sa nazývajú gén. Súbor všetkých génov nachádzajúcich sa v bunke sa nazýva genóm. Porucha v sekvencii nukleotidov, teda porucha primárnej štruktúry DNA spôsobuje genetické poruchy živých organizmov a nazývame ju mutácia. Na rozdiel od primárnej štruktúry bielkovín, kde sa mohlo viazať približne 20 aminokyselín, primárna štruktúra nukleových kyselín obsahuje iba štyri nukleotidy, pričom pomer adenínu s tymínom (A : T) a guanínu s cytozínom (C : G) je rovnaký, a to 1 : 1.
J. Watson a F. Crick na základe špeciálnej RTG analýzy navrhli roku 1953 priestorový model DNA (Nobelova cena, r. 1962). Sekundárnu štruktúru DNA tvoria dva polynukleotidové reťazce, ktoré sú antiparalelne* spletené do pravotočivej dvojzávitnice, tzv. dvojitý α-helix.
Sekundárna štruktúra je pomerne stabilná. Stabilitu jej dodávajú vodíkové väzby, ktorými sa viažu dvojice dusíkatých báz na princípe komplementarity - doplnkovosti, pričom medzi A-T sa tvoria 2 vodíkové väzby a medzi C-G sa tvoria 3 vodíkové väzby.
Terciárna štruktúra DNA vzniká stočením dvojzávitnice v priestore do tzv. superhelixu. Takto zvinutá DNA sa nazýva superšpiralizovaná DNA.
 
*Antiparalelná je taká konštelácia dvojzávitnice DNA, že oproti reťazcu, ktorý má fosfodiesterové väzby v smere 3'-5', je naložený druhý reťazec orientovaný v opačnom smere, tzn. 5'-3'
 
2.2  Kruhová DNA
Ak sa spoja konce polynukleotidového reťazca vzniká tzv. kruhová DNA (angl. circular DNA). Kruhová DNA sa nachádza v bakteriálnych fágoch, vírusoch a v DNA bunkových organel (mitochondrie, chloroplasty). V kruhovej (no aj v lineárnej)  DNA sa vytvárajú tzv. superzávity (angl. supercoils). Tvorba superšpirálových štruktúr má fyziologický význam – umožňuje lepšie „zbalenie“ (angl. packaging) DNA do kompaktných štruktúr vnútri bunky a uľahčuje separáciu DNA reťazcov v procesoch syntézy alebo rekombinácie DNA.
 
2.3  Denaturácia DNA a renaturácia
Počas dôležitých biologických procesov (replikácia, transkripcia, oprava) sa musí dvojšpirála DNA čiastočne rozplietať. „Porucha“ rozpletenia časti DNA sa môže šíriť pozdĺž reťazca. Vplyvom okolia (teplota, pH,  charakter rozpúšťadla) sa prerušia vodíkové väzby medzi komplementárnymi reťazcami a reťazce sa odseparujú. Tento jav sa nazýva prechod špirála-klbko, alebo denaturácia. Proces denaturácie DNA je spojený so zmenami fyzikálno-chemických vlastností roztoku DNA (napr. pokles viskozity, zmena v schopnosti otáčať rovinne polarizované svetlo, zvýšenie absorbcie elektromagnetického žiarenia v UV oblasti). Čím je v polynukleotidovom reťazci vyššie pomerné zastúpenie GC párov, tým je stabilita DNA vyššia. 

Proces opačný k denaturácii sa nazýva renaturácia. Ak v DNA existujú nejaké zachované vodikové väzby, proces renaturácie je relatívne rýchly. Ak sú reťazce po denaturácii od seba separované, rýchlosť renaturácie závisí od rýchlosti s akou sa obidva reťazce dokážu „stretnúť“ s vhodnou orientáciou. Ak sa už raz začnú vytvárať vodíkové väzby medzi zodpovedajúcimi komplementárnymi bázami, tak molekula DNA je potom relatívne rýchlo renaturovaná.

DNA - predloha	DNA – priradená báza	DNA - predloha	RNA – vytvorené vlákno
C	G	C	G
G	C	G	C
A	T	A	! U !
T	A	T	A

Tabuľka č. 1 – Komplementarita báz využitá pri replikácii DNA a RNA