A mai bejegyzésünk átlép a biokémia területére, a DNS kémiai szerkezetének és a sejtjeinkben lévő fehérjék létrehozásában betöltött szerepének vizsgálatával. Természetesen a DNS nem csak az emberekben található meg – a Földön minden többsejtű életforma sejtjeiben jelen van. Ez az ábra áttekintést nyújt az ezen életformák közös szerkezetéről, és röviden elmagyarázza, hogyan teszi lehetővé a fehérjék létrehozását.
A DNS a többsejtű szervezetek sejtmagjában található, és először 1869-ben izolálta Friedrich Miescher svájci orvos. Szerkezetét azonban csak majdnem egy évszázaddal később, 1953-ban sikerült feltárni. Annak a tanulmánynak a szerzői, amelyben ezt a szerkezetet javasolták, James Watson & Francis Crick, ma már közismert nevek, és munkájukért Nobel-díjat kaptak. Ez a munka azonban nagyban támaszkodott egy másik tudós, Rosalind Franklin munkájára.
Franklin maga is vizsgálta a DNS szerkezetét, és az ő röntgenfelvétele, amely egyértelműen megmutatta a DNS kettős spirál szerkezetét, nagyban segítette munkájukat. Még nem publikálta eredményeit, amikor Watson és Crick az ő tudta nélkül hozzájuk jutott. Az azonban, hogy nem kapott Nobel-díjat, nem mulasztás, hanem csupán a bizottság azon politikájának következménye, hogy Nobel-díjat nem lehet posztumusz odaítélni.
A DNS (dezoxiribonukleinsav) kettős spirál modellje két egymásba fonódó szálból áll. Ezek a szálak nukleotidokból állnak, amelyek maguk is három összetevőből állnak: egy cukorcsoportból, egy foszfátcsoportból és egy bázisból. A cukor- és foszfátcsoportok együttesen alkotják a DNS-szálak ismétlődő “gerincét”. A cukorcsoporthoz négy különböző bázis kapcsolódhat: adenin, timin, guanin és citozin, amelyek az A, T, G és C jelölést kapták.
A bázisok teszik lehetővé a DNS két szálának összetartását. Ezért a szomszédos szálakon lévő bázisok közötti erős intermolekuláris erők, az úgynevezett hidrogénkötések felelősek; a különböző bázisok szerkezete miatt az adenin (A) mindig hidrogénkötést képez a timinnel (T), míg a guanin (G) mindig hidrogénkötést képez a citozinnal (C). Az emberi DNS-ben átlagosan 150 millió bázispár található egyetlen molekulában – tehát sokkal több, mint amennyi itt látható!
A testünkben lévő sejtek folyamatosan osztódnak, regenerálódnak és elhalnak, de ahhoz, hogy ez a folyamat végbemehessen, a sejtben lévő DNS-nek képesnek kell lennie arra, hogy önmagát szaporítsa. A sejtosztódás során a DNS két szála kettéválik, és a két egyes szál azután sablonként használható fel a komplementer szál új változatának felépítéséhez. Mivel az A mindig T-vel, a G pedig mindig C-vel párosul, az egyik szál bázissorrendjét az ellentétes szál segítségével lehet kiszámítani, és ez teszi lehetővé, hogy a DNS képes legyen önmagát reprodukálni. Ezt a folyamatot a DNS-polimerázoknak nevezett enzimcsalád végzi.
Amikor a DNS-t fehérjék létrehozására használják, a két szálnak is szét kell válnia. Ebben az esetben azonban a DNS kódját az mRNS-re (messenger ribonukleinsav) másolják, ezt a folyamatot nevezik “átírásnak”. Az RNS szerkezete nagyon hasonló a DNS-éhez, de néhány lényeges különbséggel. Először is, a molekula cukor-foszfát gerincében egy másik cukorcsoportot tartalmaz: a dezoxiribóz helyett ribózt. Másodszor, még mindig az A, G és C bázisokat használja, de a T bázis helyett uracilt, U-t. Az uracil szerkezete nagyon hasonló a timinhez, az egyetlen különbség a metil (CH3) csoport hiánya.
Amikor a DNS nukleotidjait lemásolták, az mRNS elhagyhatja a sejtmagot, és a citoplazmába jut, ahol a fehérjeszintézis zajlik. Itt a riboszómáknak nevezett bonyolult molekulák “olvassák” az mRNS-molekula bázissorrendjét. Az egyes aminosavakat, amelyek együttesen alkotják a fehérjéket, az mRNS-szál három betűs szakaszai kódolják. A különböző lehetséges kódokat és az általuk kódolt aminosavakat egy korábbi, az aminosavak szerkezetét vizsgáló bejegyzésben foglaltuk össze. Az RNS egy másik típusa, a transzfer RNS felelős az aminosavak mRNS-hez való szállításáért, és azért, hogy azok összekapcsolódhassanak.
Ez a folyamat azonban nem mindig hibátlan. A DNS szekvenciájának az mRNS-re történő másolása során előfordulhatnak hibák, és ezeket a véletlenszerű hibákat mutációknak nevezzük. A hibák lehetnek megváltozott bázisok, vagy akár törölt vagy hozzáadott bázisok formájában. Egyes vegyi anyagok és a sugárzás előidézheti ezeket a változásokat, de ezek a külső hatások nélkül is előfordulhatnak. Azt eredményezhetik, hogy egy aminosav kódja egy másikéra változik, vagy akár olvashatatlanná is válhat. A DNS-replikáció során bekövetkező mutációk számos betegséget eredményezhetnek, köztük a cisztás fibrózist és a sarlósejtes vérszegénységet, de érdemes megjegyezni, hogy a mutációknak pozitív hatásai is lehetnek.
Noha csak 20 aminosav létezik, az emberi szervezet ezeket kombinálva körülbelül 100 000 fehérje előállítására képes, ami megdöbbentő szám. Létrehozásuk folyamatos folyamat, és egyetlen fehérjelánchoz másodpercenként 10-15 aminosav is hozzáadódhat a fent vázolt folyamat révén. Mivel e bejegyzés célja elsősorban a DNS kémiai szerkezetének vizsgálata volt, a replikáció és a fehérjeszintézis tárgyalását röviden és viszonylag leegyszerűsítve tartottuk. Ha szeretnél többet olvasni a témáról, nézd meg az alábbi linkeket!
Köszönjük Liam Thompsonnak, hogy segített a kutatásban ehhez a poszthoz, és hihetetlenül hasznos, egyszerű áttekintést adott a DNS-ből történő fehérjeszintézis folyamatáról.
A cikk grafikája a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Nemzetközi licenc alatt áll. Szeretné máshol is megosztani? Lásd az oldal tartalomhasználati irányelveit.