Sekundární struktura DNA

Z WikiSkript

Základní sekundární strukturou nukleových kyselin je šroubovice dvou řetězců nebo dvou úseků téhož řetězce, který je stočen do tvaru připomínajícího vlásenku.

Prostorová struktura DNA
Rozdíl mezi strukturou DNA a RNA

Historie objevu struktury DNA[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Legendární objev dvoušroubovice DNA, který James Watson a Francis Crick navrhli v r.1953, začal moderní fázi vývoje biologie a biochemie. Uvedení nositelé Nobelovy ceny vyšli ze Chargaffových poznatků o poměru bazí v DNA; látkové množství adeninu je v molekule DNA shodné s obsahem thyminu a látkové množství guaninu je shodné s množstvím cytosinu. Z toho vyplývá, že poměr mezi purinovými a pyrimidinovými bazemi je 1:1. Další významné podklady pro sestavení modelu DNA poskytly fotografie z difrakce rentgenových paprsků procházejících krystalem čisté DNA, které zhotovila Rosalinda Franklinová a Maurice Wilkins. Ukázala se na nich dvojnásobná periodicita hustoty atomů: 0,34 nm a 3,4 nm.

Vlastní sekundární struktura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Základní vlastnosti[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Oba řetězce dvoušroubovice DNA se vinou pravotočivě kolem osy (jestliže palec pravé ruky sleduje směr, řetězce se vinou ve směru ostatních prstů). Pentózafosfátové páteře obou řetězců se otáčejí po zevním povrchu dvoušroubovice (helixu), zatímco báze směřují k její ose. Ve shodě s Chargaffovými pravidly se adenin páruje dvěma vodíkovými můstky s thyminem (A=T) a guanin třemi vodíkovými můstky s cytosinem. Podmínkou je potřebná tautomerní forma bází. Báze a řetězce, které se uvedeným způsobem párují, se nazývají komplementární. Naproti tomu řetězce, které jsou shodné nebo velmi podobné v pořadí nukleotidů a mají stejnou polaritu, se nazývají homologními.

Páry bazí v DNA

Další vlastnosti[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Plochy bází jsou ve Watsonově–Crickově modelu DNA kolmé na osu dvoušroubovice a tvoří stupně jakéhosi „točitého schodiště“. Jsou od sebe vzdáleny 0,34 nm. Sousední páry bazí se vážou hydrofobními interakcemi, což zesiluje vazbu řetězců DNA. Jedna otáčka dvoušroubovice obsahuje deset párů bazí, měří tedy 3,4 nm (periodicita hustoty atomů podle difrakce rtg paprsků!). Průměr dvoušroubovice je 2 nm. Na povrchu helixu jsou dvě podélně se vinoucí rýhy, jedna mělčí, druhá hluboká. V hlubší z nich jsou podmínky pro navázání proteinů na specifické sekvence bazí. Fosfáty na okrajích rýh jsou při pH kolem 7 disociovány, takže svými negativními náboji se mohou vázat k bazickým aminokyselinám proteinů. Popsané prostorové uspořádání je možné proto, že se páruje vždy purinová báze s pyrimidinovou, takže vzdálenosti obou C1 jsou u všech párů téměř stejné. Další podmínkou popisovaného uspořádání DNA je opačná polarita fosfodiesterových vazeb obou řetězců. Říkáme, že jsou antiparalelní. V jednom směru je směr vazeb 5’–3’ a ve druhém 3’–5’.

Konformace DNA[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Základní konformace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Watsonem a Crickem popsaná DNA je v tzv.B–formě, kdy konformace deoxyribóz je 2’–endo. To znamená, že zatímco 4 atomy deoxyfuranózového kruhu jsou v rovině, C2’ uhlík vystupuje stejným směrem jako C5’.

Konformace pentózy v nukleové kyselině 2'-endo. Druhý uhlík (2') je na stejné straně roviny kruhu jako uhlík pátý (5'). Kruh je zvýrazněn žlutě, místo, kde je navázána báze, modře, kyslíky červeně, uhlík mimo kruh šedě a vodíky bíle.
Konformace pentózy v nukleové kyselině 3'-endo. Třetí uhlík (3') je na stejné straně roviny kruhu jako uhlík pátý (5'). Kruh je zvýrazněn žlutě, místo, kde je navázána báze, modře, kyslíky červeně, uhlík mimo kruh šedě a vodíky bíle.

Jiné konformace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Dvoušroubovice DNA existuje i v jiných konformacích. Ve formě A je dvoušroubovice též pravotočivá, avšak v jedné otáčce obsahuje 11 párů bazí, jejich plochy nejsou kolmé k ose helixu a velká rýha je překryta fosfáty (a tudíž těžko přístupná proteinům). Deoxyribóza je tentokrát v konformaci 3’–endo. Byla popsána též levotočivá dvoušroubivce DNA, tzv. Z–forma. Řetězce se zde nevinou plynule jako u pravotočivých helixů, probíhají „sem–tam“, „zig–zag“. Jedna otáčka obsahuje 12 párů bazí. Z–DNA má pouze jednu rýhu s velkou hustotou negativních nábojů. Byla popsána in vitro, předpokládá se její existence in vivo v určitých oblastech DNA.

Různé konformace dvojšroubovice DNA

Watsonův–Crickův model DNA tedy objasnil, jakým způsobem se genetická informace velice přesně replikuje.

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Další kapitoly z knihy ŠTÍPEK, S.: Stručná biochemie uchování a exprese genetické informace:
Struktura nukleových kyselin: Základní složky nukleových kyselinPrimární struktura nukleových kyselinŘetězec nukleové kyseliny lze štěpit neenzymovou nebo enzymovou hydrolýzouMetody sekvencováníSekundární a vyšší struktura nukleových kyselin: Sekundární struktura DNADenaturace a reasociace řetězců nukleových kyselin, molekulární hybridizaceSekundární struktura RNATopologie DNA; • Interakce DNA s proteiny, struktura chromosomuBakteriální chromosomEukaryotické chromosomyDNA mitochondrií
Biosyntéza nukleových kyselin: Replikace DNATranskripce
Biosyntéza polypeptidového řetězce – translace: Transferové RNA (tRNA)Aktivace aminokyselin, syntéza aminoacyl-tRNAFunkce ribozómů v translaciTranslace u prokaryotůStruktura ribozómůIniciace translaceElongace peptidůTerminace translaceInhibitory bakteriální translaceTranslace u eukaryotůStruktura ribozómůIniciace eukaryotické translaceElongace eukaryotické translaceTerminace eukaryotické translaceInhibitory eukaryotické translace
Genetický kód
Biosyntéza nukleových kyselin a proteosyntéza v mitochondriích: Replikace mitochondriální DNAMitochondriální transkripceMitochondriální translace
Řízení genové exprese a proteosyntézy: Řízení genové exprese a proteosyntézy u prokaryotRegulace na úrovni transkripceRegulace sigma-faktoryJacobův-Monodův operonový modelRegulační význam cAMP u bakteriíVariace operonového řízení genůTryptofanový a arabinosový operonŘízení terminace transkripceRegulace bakteriální proteosyntézy na úrovni translaceŘízení genové exprese a proteosyntézy u eukaryotRegulace na úrovni uspořádání genůRegulace na úrovni transkripceRegulace posttranskripčních úprav pre-mRNARegulace na úrovni translaceŘízení rychlosti degradace mRNARegulace funkce proteinu kotranslačními a posttranslačními úpravami
Posttranslační úpravy a targeting proteinů: Signální sekvence polypeptidu, volné a vázané ribozómyPosttranslační glykosylace proteinůTargeting nezávislý na glykosylaci proteinůTargeting mitochondriálních proteinůTargeting jaderných proteinůRozhodovací mechanismus k destrukci nefunkčních proteinůReceptorem zprostředkovaná endocytóza
Biochemie virů: Reprodukce DNA virůReprodukce RNA virůInterferony
Biochemie genového inženýrství: Štěpení DNA na definovaném místě řetězceÚčinné dělení fragmentů DNA elektroforézouIdentifikace restrikčních fragmentůSyntéza umělé DNAPomnožení a exprese izolovaného nebo umělého genu v hostitelské buňce

Zdroje[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ŠTÍPEK, Stanislav. Stručná biochemie : Uchování a exprese genetické informace. 1. vydání. Medprint, 1998. 92 s. s. 14–17. ISBN 80-902036-2-0.