Dnešní příspěvek přesahuje do oblasti biochemie, s pohledem na chemickou strukturu DNA a její úlohu při tvorbě bílkovin v našich buňkách. DNA se samozřejmě nenachází pouze u lidí – je přítomna v buňkách všech mnohobuněčných forem života na Zemi. V tomto grafu najdete přehled její společné struktury u všech těchto forem života a stručné vysvětlení, jak umožňuje tvorbu bílkovin.
DNA se nachází v jádře buněk mnohobuněčných organismů a poprvé byla izolována v roce 1869 švýcarským lékařem Friedrichem Miescherem. Její struktura však byla objasněna až téměř o sto let později, v roce 1953. Autoři článku, v němž byla tato struktura navržena, James Watson & Francis Crick, jsou dnes známými osobnostmi a za svou práci získali Nobelovu cenu. Tato práce však byla do značné míry závislá na práci jiného vědce, Rosalindy Franklinové.
Franklinová sama také zkoumala strukturu DNA a právě její rentgenová fotografie, na které byla jasně vidět struktura dvojité šroubovice DNA, jim v jejich práci výrazně pomohla. Své poznatky ještě nestihla publikovat, když k nim Watson a Crick bez jejího vědomí získali přístup. To, že Nobelovu cenu nezískala, však není nedopatření, ale pouze důsledek politiky výboru, podle níž nelze Nobelovy ceny udělovat posmrtně.
Model dvojité šroubovice DNA (deoxyribonukleové kyseliny) se skládá ze dvou propletených vláken. Tato vlákna jsou tvořena nukleotidy, které se samy skládají ze tří složek: cukerné skupiny, fosfátové skupiny a báze. Cukerné a fosfátové skupiny dohromady tvoří opakující se „páteř“ vláken DNA. K cukerné skupině mohou být potenciálně připojeny čtyři různé báze: adenin, thymin, guanin a cytosin, které mají označení A, T, G a C.
Báze jsou tím, co umožňuje, aby dvě vlákna DNA držela pohromadě. Za to jsou zodpovědné silné mezimolekulární síly nazývané vodíkové vazby mezi bázemi na sousedních vláknech; vzhledem ke struktuře jednotlivých bází tvoří adenin (A) vždy vodíkové vazby s thyminem (T), zatímco guanin (G) vždy vodíkové vazby s cytosinem (C). V lidské DNA je v průměru 150 milionů párů bází v jedné molekule – tedy mnohem více, než je zde uvedeno!
Buňky ve vašem těle se neustále dělí, regenerují a umírají, ale aby tento proces mohl probíhat, musí být DNA v buňce schopna se replikovat. Během buněčného dělení se dvě vlákna DNA rozdělí a dvě jednotlivá vlákna pak mohou být použita jako šablona k vytvoření nové verze komplementárního vlákna. Protože A se vždy páruje s T a G se vždy páruje s C, je možné sestavit sekvenci bází na jednom vlákně pomocí opačného vlákna, a právě to umožňuje, aby se DNA replikovala. Tento proces provádí rodina enzymů zvaných DNA polymerázy.
Pokud se DNA používá k tvorbě proteinů, musí se obě vlákna také rozdělit. V tomto případě se však kód DNA zkopíruje do mRNA (messenger ribonucleic acid), což je proces známý jako „transkripce“. Struktura RNA je velmi podobná struktuře DNA, ale s několika zásadními rozdíly. Za prvé obsahuje jinou cukernou skupinu ve fosfátové páteři molekuly: ribózu místo deoxyribózy. Za druhé, stále používá báze A, G a C, ale místo báze T používá uracil, U. Struktura uracilu je velmi podobná thyminu, jediným rozdílem je absence metylové skupiny (CH3).
Po zkopírování nukleotidů DNA může mRNA opustit jádro buňky a dostat se do cytoplazmy, kde probíhá syntéza bílkovin. Zde složité molekuly zvané ribozomy „čtou“ posloupnost bází na molekule mRNA. Jednotlivé aminokyseliny, které dohromady tvoří bílkoviny, jsou kódovány třípísmennými úseky řetězce mRNA. Různé možné kódy a aminokyseliny, které kódují, byly shrnuty v předchozím příspěvku, který se zabýval strukturou aminokyselin. Jiný typ RNA, transferová RNA, je zodpovědný za přenos aminokyselin do mRNA a umožňuje jejich spojení.
Tento proces však není vždy bezchybný. Při kopírování sekvence DNA do mRNA může dojít k chybám a tyto náhodné chyby se označují jako mutace. Chyby mohou mít podobu změněné báze, nebo dokonce odstraněné či přidané báze. Tyto změny mohou vyvolat některé chemické látky a záření, ale může k nim dojít i bez těchto vnějších vlivů. Mohou vést k tomu, že se kód aminokyseliny změní na jiný, nebo se dokonce stane nečitelným. V důsledku mutací při replikaci DNA může vzniknout řada onemocnění, například cystická fibróza nebo srpkovitá anémie, ale stojí za zmínku, že mutace mohou mít i pozitivní účinky.
Přestože existuje pouze 20 aminokyselin, lidské tělo je dokáže kombinovat a vytvořit tak ohromující počet přibližně 100 000 bílkovin. Jejich tvorba je nepřetržitý proces a do jednoho bílkovinného řetězce může být výše nastíněným procesem přidáno 10-15 aminokyselin za sekundu. Vzhledem k tomu, že cílem tohoto příspěvku bylo především prozkoumat chemickou strukturu DNA, byla diskuse o replikaci a syntéze bílkovin stručná a relativně zjednodušená. Pokud máte zájem přečíst si o tomto tématu více, podívejte se na níže uvedené odkazy!
Poděkování patří Liamovi Thompsonovi za pomoc s výzkumem pro tento příspěvek a poskytnutí neuvěřitelně užitečného jednoduchého přehledu procesu syntézy bílkovin z DNA.
Grafika v tomto článku je licencována pod licencí Creative Commons Uveďte původ-Neužívejte komerčně-Nezpracovávejte 4.0 Mezinárodní licence. Chcete ji sdílet jinde? Podívejte se na pokyny pro používání obsahu webu.