Dvojvláknová deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Nukleové kyseliny (skratka: NK; iné názvy: kyseliny nukleové^[1], zriedkavo kyseliny bunkového jadra^[2]) sú biomakromolekulové látky, ktoré sa spolu s bielkovinami považujú za najvýznamnejšie zložky živých sústav. Sú to polynukleotidy s molekulovou hmotnosťou od 20 000 do viacerých miliónov.

V ich molekulách sa uchováva dedičná (genetická) informácia a prostredníctvom nich sa prepisuje do špecifickej štruktúry bielkovinových molekúl.

Prvýkrát ich izoloval z jadier bielych krviniek prítomných v hnise Friedrich Miescher v roku 1869.

Zloženie

• Kyslá zložka – kyselina trihydrogénfosforečná, resp. jej fosfátový zvyšok (PO₄³⁻)
  • monosacharid – deoxyribóza alebo ribóza
• Zásaditá zložka – nukleotidy
  • puríny: najčastejšie adenín a guanín, ale aj hypoxantín a xantín
  • pyrimidíny: najčastejšie cytozín, uracil, tymín, ale aj metylcytozín

Delenie

Podľa monosacharidovej zložky rozlišujeme:

• kyselinu ribonukleovú (RNA alebo RNK)
• kyselinu deoxyribonukleovú (DNA alebo DNK)

Štruktúra

Primárnu štruktúru určuje presný sled jednotlivých nukleotidov.

Nukleové kyseliny sa môžu vyskytovať ako jednoreťazcové a dvojreťazcové formy. Dvojreťazcová forma je zložená z dvoch opačne orientovaných reťazcov, ktoré sú držané pohromade vodíkovými väzbami medzi protistojacimi nukleotidmi. Táto štruktúra je najstabilnejšia vtedy, ak sú všetky nukleotidy navzájom komplementárne. Dvojvlákno so 100 % komplementaritou nukleotidov sa nazýva homoduplex. Ak sa správne nepárujú všetky nukleotidy, dvojvlákno sa nazýva heteroduplex. U DNA je v bunkách častejší výskyt dvojreťazcovej formy, u RNA jednoreťazcovej formy. Dvojreťazcová forma DNA je stabilnejšia ako dvojreťazcová forma RNA, navyše, dlhé úseky dvojreťazcovej RNA sú pre bunku neprijateľné z hľadiska funkcie. Je možné vytvoriť aj dvojreťazcovú formu, ktorej jedno vlákno je tvorené DNA a druhé RNA, takáto hybridná forma je však tiež nestabilná.

Sekundárna štruktúra má zvyčajne tvar dvojitej pravotočivej závitnice, ktorú tvoria dva proti sebe prebiehajúce polynukleotidové reťazce. Terciárna štruktúra označuje rôzne formy nadzávitnicového vinutia.

Výskyt

V závislosti od typu NK a buniek, NK sa nachádzajú v rôznych subcelulárnych štruktúrach. V prípade prokaryotických buniek sa NK (DNA a RNA) nachádzajú v cytoplazme. V eukaryotických bunkách sa DNA nachádza:

• najmä v jadre bunky
• menšie množstvo sa nachádza aj mimo jadra eukaryotických buniek – v mitochondriách a u rastlín aj v chloroplastoch

RNA sa u eukaryotických buniek vyskytuje v jadre, jadierku, a v cytoplazme. Často vytvára nukleoproteínové komplexy. Neprerušovaná plazmatická membrána nedovolí nukleovým kyselinám uniknúť z buniek. Ak sa napriek tomu z bunky dostanú, napríklad pri ich nekróze, ich životnosť, zvlášť u RNA nie je dlhá. Nukleové kyseliny sa mimo buniek stabilne vyskytujú napríklad v kapside vírusu.

Vznik

V bunkách vznikajú nukleové kyseliny polymerizáciou svojich voľných monomérov. Tento proces katalyzujú enzýmy nazývané polymerázy. DNA je vytváraná DNA-polymerázami a RNA RNA-polymerázami. Obe skupiny polymeráz ale vytvárajú vždy iba jeden reťazec ribonukleovej kyseliny a to tak, že na princípe komplementarity pridávajú nukleotidy na už existujúce vlákno, matricu. Matricou je väčšinou v prípade syntézy DNA aj RNA jedno vlákno DNA. Oveľa zriedkavejšie sú prípady, kedy je matricou pre syntézu DNA alebo RNA vlákno RNA. Keďže DNA sa vyskytuje prevažne v dvojreťazcovej forme, tieto dva reťazce musia byť pred syntézou novej nukleovej kyseliny od seba aspoň na krátkom úseku oddelené a to buď činnosťou samotnej polymerázy (v prípade RNA-polymerázy) alebo enzýmom zvaným helikáza.

Syntéza nového vlákna DNA podľa matrice DNA sa nazýva replikácia. Syntéza nového vlákna RNA podľa matrice DNA sa nazýva transkripcia.

Enzýmy meniace primárnu štruktúru nukleových kyselín

So vznikom a zánikom nukleových kyselín sú spojené tieto základné skupiny enzýmov:

• polymerázy – vytvárajú nové nukleové kyseliny polymerizáciou nukleotidov
• nukleázy – štiepia nukleové kyseliny
  • exonukleázy – štiepia nukleové kyseliny od koncových nukleotidov
  • endonukleázy – štiepia nukleové kyseliny uprostred polynukleotidového reťazca

Ligázy sú enzýmy, ktoré sú schopné spojiť kompatibilné konce nukleových kyselín.

Zdroje

Chemický portál Biologický portál