Biologia dla liceum/Dziedziczenie/DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy

Struktura chemiczna DNA. Wiązania wodorowe są zaznaczone linią przerywaną. Widełki replikacyjne DNA

Kwas deoksyrybonukleinowy (dawn. kwas dezoksyrybonukleinowy), w skrócie DNA (od ang. Deoxyribonucleic acid) – wielkocząsteczkowy organiczny związek chemiczny należący do kwasów nukleinowych. Występuje w chromosomach i pełni rolę nośnika informacji genetycznej organizmów żywych.

DNA jest liniowym, nierozgałęzionym biopolimerem, dla którego monomerem są nukleotydy. Nukleotydy zbudowane są z: pięciowęglowego cukru deoksyrybozy, którego grupa hydroksylowa znajdująca się przy ostatnim atomie węgla jest zestryfikowana resztą fosforanową, a pierwszy atom węgla połączony jest wiązaniem N-glikozydowym z jedną z czterech zasad azotowych: adeniny A i guaniny G (zasady purynowe) oraz cytozyny C i tyminy T (zasady pirymidynowe).

Powszechnie spotykaną modyfikacją DNA jest występowanie 5-metylocytozyny (m5C) w wyniku metylacji cytozyny. W DNA niektórych wirusów, np. bakteriofagów PBS2, zamiast tyminy występuje uracyl, (U), tworząc nukleozyd 2'-deoksyurydynę[1]. 2'-Deoksyurydyna powstaje też w wyniku deaminacji C do U.

W skład cząsteczki DNA zwykle wchodzą dwa łańcuchy (DNA dwuniciowe), które biegną antyrównolegle (tzn. koniec jednego jest dokładnie naprzeciw początku drugiego). Łańcuchy owijają się wokół wspólnej osi i tworzą tzw. prawoskrętną podwójną helisę. Reszty cukrowe i fosforowe, połączone ze sobą wiązaniem fosfodiestrowym, znajdują się na zewnątrz helisy, natomiast zasady skierowane są do wnętrza i tworzą pary zasad połączone według wzoru:

Zasady połączone są wiązaniami wodorowymi. Cząsteczki DNA mogą być bardzo długie. U Homo sapiens ich długość (po "rozkręceniu chromosomów") dochodzi w sumie do 2 m, gdzie najdłuższa cząsteczka ma 23 cm. W ścisłym skręceniu DNA do postaci chromosomu biorą udział białka histonowe lub niehistonowe.

Każda z nici DNA ma na jednym końcu (oznaczanym jako koniec 5'), przy ostatnim nukleotydzie wolną grupę fosforanową 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.

Łańcuch nici DNA zawiera informację genetyczną o kolejności aminokwasów w białkach kodowaną w postaci trójek nukleotydowych odpowiadających odpowiednim aminokwasom podczas syntezy białka. Nazywamy to kodem genetycznym. Rodzaje DNA

DNA rozróżnia się pod względem:

   * pochodzenia w czasie - aDNA
   * funkcji: cDNA, mDNA, mtDNA, chlDNA, YDNA
   * struktury
         o jednoniciowy DNA inaczej ssDNA
         o dwuniciowy DNA w formach: A-DNA, B-DNA, C-DNA[2], E-DNA[3], H-DNA[4] P-DNA[5], i Z-DNA[6][7]
         o trójniciowy DNA
         o czteroniciowy DNA

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.gif A-DNA orbit animated small.gif Z-DNA orbit animated small.gif

Struktura i funkcja DNA są niezależne i mogą występować łącznie lub nie. Historia poznania [edytuj]

   Stub sekcji Ta sekcja jest zalążkiem. Jeśli możesz, rozbuduj ją.

   * Autorami modelu podwójnej helisy DNA są James Watson i Francis Crick, na podstawie zdjęć krystalografii rentgenowskiej wykonanych przez Rosalind Franklin oraz Maurice'a Wilkinsa.

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

  1. ↑ 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.
  2. ↑ 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.
  3. ↑ 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.
  4. ↑ Wang G., Vasquez K.M. 2006. Non-B DNA structure-induced genetic instability. Mutat Res.: 598, 103-119.
  5. ↑ Allemand et al. 1998. Stretched and overwound DNA forms a Pauling-like structure with exposed bases. PNAS 24:14152-14157.
  6. ↑ Ghosh A., Bansal M. 2003. A glossary of DNA structures from A to Z. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 59:620–626.
  7. ↑ Palecek E. 1991. Local supercoil-stabilized DNA structures. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 26:151-226.

Zobacz też

Zagadnienia dotyczące budowy, struktury i funkcji DNA:

• kwasy nukleinowe, RNA
• T-DNA
• replikacja DNA
• biosynteza białka
• histony, chromatyna
• chloroplastowy DNA
• mitochondrialny DNA
• PNA

Zagadnienia genetyczne:

   * gen
   * kod genetyczny

Eksperymenty:

   * eksperyment Griffitha
   * eksperyment Hersheya-Chase

Inne:

   * chemiczna synteza oligonukleotydów
   * przegląd zagadnień z zakresu biologii molekularnej