Genetická informace a struktura nukleových kyselin

Úvod

Vědní obor zabývající se dědičností a proměnlivostí se nazývá genetika.

Dědičnost je schopnost v procesu reprodukce předávat souhrn biologických znaků na potomstvo. V současné době je pozornost věnována nejvíce molekulárně biologickým procesům.

Mezi biomakromolekuly, které mají významnou úlohu při přenosu genetické informace, patří nukleové kyseliny a proteiny. Mezi těmito molekulami je vztah, díky kterému je v živých soustavách zabezpečen metabolismus a reprodukce. Nukleové kyseliny zajišťují přesný přenos genetické informace z rodičů na potomstvo a její přenos na proteiny. Proteiny mají funkci stavební a jako enzymy biokatalytickou.

Genetická informace

Genetická informace je v organismu zapsána ve formě sekvence nukleotidů.

Tato informace se dědí.

V sekvenci DNA může být obsažena:

• informace o primární struktuře proteinu
• informace o biologicky funkční RNA (tRNA, rRNA, aj.).

Sekvence DNA i RNA mohou obsahovat také informace o vazbě specifických proteinů k těmto sekvencím, které zahajují nebo zastavují transkripci.

Nukleotidy

Nukleové kyseliny jsou tvořeny polynukleotidovými řetězci.

Jsou to polymery složené z nukleotidů spojených navzájem fosfodiesterovými vazbami.

Nukleotidy mohou být buď deoxyribonukleotidy tvořící makromolekulu DNA, nebo ribonukleotidy tvořící RNA.

Pořadí (sekvence) nukleotidů se označuje jako primární struktura DNA, případně RNA. Podle této primární struktury se v průběhu translace vytvoří primární struktura proteinu (polymer aminokyselin spojených navzájem peptidovými vazbami).

Složení nukleotidu

Molekula nukleotidu sestává:

• z pětiuhlíkového sacharidu (pentosy), a to 2-deoxy-β-D-ribosy (u DNA), nebo β-D-ribosy (u RNA),
• z kyseliny trihydrogenfosforečné
• z purinové (A - adenin, G - guanin) nebo pyrimidinové (C - cytosin, T - thymin, U - uracil) báze.

Nukleotidy jsou spojeny fosfodiesterovou vazbou.

Jeden konec řetězce je označovaný jako 3´-konec (tvořen OH- skupinou na C3´-uhlíku) a druhý jako 5´-konec (tvořen fosfátovou skupinou na C5´-uhlíku).

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

D-ribosa x 2-deoxy-D-ribosa

RNA obsahuje D-ribosu, DNA obsahuje 2-deoxy-D-ribosu.

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Dusíkaté báze

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Nukleosid x nukleotid

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Tvorba nukleové kyseliny

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Nukleové kyseliny

Existují lineární nebo kružnicové molekuly nukleových kyselin.

Ty mohou být jednořetězcové (zkratka ss, z angl. single stranded, např. ssRNA či ssDNA) nebo dvouřetězcové (ds, double stranded, např. dsRNA či dsDNA).

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Párování dusíkatých bazí

Řetězce jsou k sobě vázány vodíkovými můstky mezi bázemi – třemi G≡C, dvěma A=T a A=U. Existují také tří až čtyřřetězcové molekuly DNA.

(ALBERTS, B., BRAY, D.; JOHNSON, A., LEWIS, J., RAFF, M., ROBERTS, K., WALTER, P. (eds.) Základy buněčné biologie (Úvod do molekulární biologie). 1. vyd. Ústí nad Labem, CZ: Espero Publishing, s.r.o. 2005. 630 s.)

Denaturace, renaturace, hybridizace

Přechod dvoušroubovicové struktury v samostatné polynukleotidové řetězce prostřednictvím přerušení vodíkových můstků mezi bázemi se nazývá denaturace.

Obnovení původní dvoušroubovice je renaturace.

Proces, při kterém dojde ke komplementárnímu spojení dvou řetězců pocházejících z různých molekul dsDNA, je hybridizace.