Kwas deoksyrybonukleinowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Disambig.svg Na tę stronę wskazuje przekierowanie z „DNA”. Zobacz też: Dna.
Struktura chemiczna DNA. Wiązania wodorowe są zaznaczone linią przerywaną.

Kwas deoksyrybonukleinowy (dawn. kwas dezoksyrybonukleinowy; akronim: DNA, z ang. deoxyribonucleic acid) – wielkocząsteczkowy organiczny związek chemiczny należący do kwasów nukleinowych. U eukariontów zlokalizowany jest przede wszystkim w jądrach komórek, u prokariontów bezpośrednio w cytoplazmie, natomiast u wirusów w kapsydach. Pełni rolę nośnika informacji genetycznej organizmów żywych.

Pakiet do pobierania DNA

Skład i budowa[edytuj | edytuj kod]

DNA jest liniowym, nierozgałęzionym biopolimerem, którego monomeramideoksyrybonukleotydy[1]. Ich cząsteczki zbudowane są z: pięciowęglowego cukru deoksyrybozy, którego grupa hydroksylowa znajdująca się przy ostatnim atomie węgla (5') jest zestryfikowana resztą fosforanową, a pierwszy atom węgla (1') połączony jest wiązaniem N-glikozydowym z jedną z czterech zasad azotowych, dwóch purynowych: adeniną (Ade lub A) i guaniną (Gua lub G) oraz dwóch pirymidynowych: cytozyną (Cyt lub C) i tyminą (Thy lub T). Zasady te łącznie z deoksyrybozą tworzą deoksynukleozydy, odpowiednio dA, dG, dC i T[2][3][4].

Powszechnie spotykaną modyfikacją DNA jest występowanie 5-metylocytozyny (m5C) w wyniku metylacji cytozyny. W DNA niektórych wirusów, np. bakteriofagów PBS2, zamiast tyminy występuje uracyl, (Ura), tworząc nukleozyd 2'-deoksyurydynę (dU)[5]. 2'-Deoksyurydyna powstaje też w wyniku deaminacji Cyt do Ura[6].

W skład cząsteczki DNA zwykle wchodzą dwa łańcuchy (DNA dwuniciowy - dsDNA), które biegną antyrównolegle (tzn. koniec 5' jednej nici leży naprzeciw końca 3' drugiej nici). Łańcuchy zwijają się wokół wspólnej osi i tworzą tzw. prawoskrętną (A-DNA lub B-DNA) lub rzadziej lewoskrętną (Z-DNA) podwójną helisę[7]. Reszty cukrowe i fosforanowe, połączone ze sobą wiązaniem 5'-3' fosfodiestrowym, znajdują się na zewnątrz helisy, natomiast zasady skierowane są do wnętrza i tworzą komplementarne pary zasad połączone według schematu:

A⋯T
G⋯C

Zasady połączone są wiązaniami wodorowymi oraz oddziaływaniami hydrofobowymi (warstwowymi)[8].

Długość[edytuj | edytuj kod]

Po całkowitym "rozpakowaniu" z chromosomów, cząsteczka ludzkiego DNA, w przeciętnej komórce somatycznej, miałaby około 2 m. Wynika to z rachunku: długość jednej pary zasad wynosi średnio 0,34 nm (0,34×10-9 m), liczba par zasad w jądrze komórki diploidalnej wynosi w przybliżeniu 6 mld par zasad (6×109)[9], przemnożenie tych dwóch wartości daje wynik ok. 2 m. Najdłuższa cząsteczka, chromosom 1[10], która zawiera 2,49×108 par zasad[11], ma długość około 8 cm.

Upakowanie w komórce[edytuj | edytuj kod]

Z powodu znacznej długości cząsteczek DNA konieczne jest ich upakowanie, do tego celu służą białka histonowe (u eukariotów) lub niehistonowe (u prokariotów). U eukariotów możliwe jest bardzo ścisłe upakowanie DNA w postaci chromosomu metafazowego, który jest formą najbardziej skondensowaną[12]. DNA występuje w niedzielącej się komórce eukariotycznej w postaci chromatyny nazywanej włóknem 30nm[13].

Każda z nici DNA ma na jednym końcu (oznaczanym jako koniec 5'), przy ostatnim nukleotydzie trzy grupy fosforanowe przy węglu 5' deoksyrybozy, a na drugim końcu (oznaczanym jako koniec 3') ostatni nukleotyd posiada wolną grupę hydroksylową przy węglu 3' deoksyrybozy. Ze względu na to, że helisa dwóch nici DNA jest spleciona w ten sposób, że jedna z nici zaczyna się od końca 5' a druga od końca 3', mówi się, że obie nici są względem siebie antyrównoległe[8].

Łańcuch nici DNA zawiera informację genetyczną:

  • o kolejności aminokwasów w białkach (która stanowi niewielki ułamek sekwencji DNA - u człowieka około 1,5%),
  • o sekwencji licznych RNA niekodujących,
  • regulacji ekspresji genów oraz
  • sekwencji o niejasnym znaczeniu (stanowiących zdecydowaną większość sekwencji jądrowego DNA).

Sekwencja białek kodowana jest w postaci trójek nukleotydowych odpowiadających odpowiednim aminokwasom oraz kodonom stop, podczas syntezy białka[14].

Rodzaje DNA[edytuj | edytuj kod]

DNA rozróżnia się pod względem:

Najważniejsze z nich przedstawiono w tabeli:

Rodzaj DNA/Funkcja B-DNA A-DNA Z-DNA
liczba par zasad
przypadająca na skręt helisy
10,4 (ok. 10,2 dla tzw. wysp CpG) 11 12
kąt skręcania między sąsiednimi
parami zasad (w stopniach)
+ 34,6 + 39,0 – 30,0
skok helisy (w nm) 3,54 2,53 4,56
kierunek skręcania prawoskrętna prawoskrętna lewoskrętna
średnica helisy (w nm) 2,37 2,55 1,84
Fragment struktury DNA orbit animated small.gif A-DNA orbit animated small.gif Z-DNA orbit animated small.gif

Historia poznania[edytuj | edytuj kod]

DNA zostało odkryte w roku 1869 przez Fryderyka Mieschera[21], lecz przez prawie 100 lat jego struktura pozostawała zagadką. Autorami modelu podwójnej helisy DNA są James Watson i Francis Crick, na podstawie zdjęć krystalografii rentgenowskiej wykonanych przez Rosalind Franklin oraz Maurice'a Wilkinsa[22]. Pracowali oni wtedy w Medical Reserch Council Unity w Cavendish Laboratory w Cambridge[23].

Za odkrycie w 1953 roku struktury DNA Watson, Crick i Wilkins otrzymali w 1962 Nagrodę Nobla (Rosalind Franklin zmarła na raka w 1958)[24].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Zagadnienia dotyczące budowy, struktury i funkcji DNA:

Zagadnienia genetyczne:

Eksperymenty:

Inne:

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Cooper GM.: The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. The Biosynthesis of Cell Constituents. Sunderland (MA), USA: 2000.
  2. D. W. S. Wong: The ABCs of Gene Cloning. Wyd. 2. 2006, s. chapter 2. ISBN 978-0-387-28679-2.
  3. Z. A. Shabarova, A. A. Bogdanov: Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids. VCH, 1994, s. 1-6.
  4. J. Koolman, K. H. Roehm: Color Atlas of Biochemistry. Wyd. 2. Thieme, 2005, s. 80-87. ISBN 3-13-100372-3.
  5. Takahashi and Marmur. 1963. Replacement of thymidylic acid by deoxyuridylic acid in the deoxyribonucleic acid of a transducing phage for Bacillus subtilis. Nature 197:794-795.
  6. Torkild V., Uracil in DNA and its processing by different DNA glycosylases, Published 12 March 2009 doi: 10.1098/rstb.2008.0186 Phil. Trans. R. Soc. B 12 March 2009 vol. 364 no. 1517 563-568.
  7. L. Stryer, J. M. Berg, J. L. Tymoczko, Biochemia, rozdział 28, sekcja 28.1, wyd. IV, PWN 2011, ISBN 978-83-01-15811-8
  8. 8,0 8,1 L. Stryer, J. M. Berg, J. L. Tymoczko, Biochemia, rozdział 4, sekcja 4.2, wyd. IV, PWN 2011, ISBN 978-83-01-15811-8
  9. How big is the DNA? A scaling excercise.
  10. Vega Genome Browser 52 - Homo sapiens - whole genome.
  11. Vega Genome Browser 52 - chromosome summary - chromosome 1.
  12. O'Connor, C. (2008) Karyotyping for chromosomal abnormalities. Nature Education 1(1).
  13. DNA Structure UC Davis ChemWiki.
  14. L. Stryer, J. M. Berg, J. L. Tymoczko, Biochemia, rozdział 4, sekcja 4.5, wyd. IV, PWN 2011, ISBN 978-83-01-15811-8
  15. L van Dam, M H Levitt (2000). "BII nucleotides in the B and C forms of natural-sequence polymeric DNA: A new model for the C form of DNA". J Mol Biol 304 (4): 541-61. PMID 11099379.
  16. Vargason J.M., Eichman B.F., Ho P.S. 2000. The extended and eccentric E-DNA structure induced by cytosine methylation or bromination. Nature Structural Biology 7:758-761.
  17. Wang G., Vasquez K.M. 2006. Non-B DNA structure-induced genetic instability. Mutat Res.: 598, 103-119.
  18. Allemand et al. 1998. Stretched and overwound DNA forms a Pauling-like structure with exposed bases. PNAS 24:14152-14157.
  19. Ghosh A., Bansal M. 2003. A glossary of DNA structures from A to Z. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 59:620–626.
  20. Palecek E. 1991. Local supercoil-stabilized DNA structures. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 26:151-226.
  21. Dahm, R. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. . 122 (6), s. 565–81, Jan 2008. doi:10.1007/s00439-007-0433-0. ISSN 0340-6717. PMID 17901982. 
  22. Archiwalne artykuły z Nature z 1953 roku dotyczące odkrycia struktury DNA (dostęp bezpłatny). [dostęp 2010-03-05].
  23. Ferris Jabr. Święto nauki. „Świat Nauki”. nr. 7 (239), s. 42-51, lipiec 2011. Prószyński Media. ISSN 0867-6380.  za F.H.C Crick. Struktura materiału dziedzicznego. „Świat Nauki”, październik 1954. Prószyński Media. ISSN 0867-6380. 
  24. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962. Nobelprize.org. [dostęp 2013-08-03].