Deoksiribonukleinska kislina

Struktura DNK

DNK ima obliko dvojne vijačnice, ki je podobna lestvi, zaviti v spiralo. Vsaka stopnja lestve je par nukleotidov.

Nukleotidi

Nukleotid je molekula, sestavljena iz:

• deoksiriboza, vrsta sladkorja s petimi ogljikovimi atomi,
• fosfatno skupino, sestavljeno iz fosforja in kisika, in
• dušikova osnova

DNK je sestavljen iz štirih vrst nukleotidov:

• Adenin (A)
• Timin (T)
• citozin (C)
• Guanin (G)

Vsaka "stopnica" lestve DNK je sestavljena iz dveh baz, pri čemer iz vsake stopnice izhaja ena baza. Baze se povezujejo na sredini: "A" se pari samo s "T", "C" pa samo z "G". Baze so med seboj povezane z vodikovimi vezmi.

Adenin (A) in timin (T) se lahko povežeta v par, ker tvorita dve vodikovi vezi, citozin (C) in gvanin (G) pa tvorita tri vodikove vezi. Čeprav so baze vedno v fiksnih parih, so lahko v poljubnem vrstnem redu (A-T ali T-A; podobno C-G ali G-C). Na ta način lahko DNK iz "črk", ki so baze, zapiše "kode". Te kode vsebujejo sporočilo, ki celici pove, kaj naj stori.

Kromatin

Na kromosomih je DNK povezana z beljakovinami, imenovanimi histoni, in tvori kromatin. Ta povezava sodeluje pri epigenetiki in uravnavanju genov. Geni se med razvojem in delovanjem celic vklapljajo in izklapljajo, to uravnavanje pa je osnova za večino dejavnosti, ki potekajo v celicah.

Struktura DNK

DNK ima obliko dvojne vijačnice, ki je podobna lestvi, zaviti v spiralo. Vsaka stopnja lestve je par nukleotidov.

Nukleotidi

Nukleotid je molekula, sestavljena iz:

• deoksiriboza, vrsta sladkorja s petimi ogljikovimi atomi,
• fosfatno skupino, sestavljeno iz fosforja in kisika, in
• dušikova osnova

DNK je sestavljen iz štirih vrst nukleotidov:

• Adenin (A)
• Timin (T)
• citozin (C)
• Guanin (G)

Vsaka "stopnica" lestve DNK je sestavljena iz dveh baz, pri čemer iz vsake stopnice izhaja ena baza. Baze se povezujejo na sredini: "A" se pari samo s "T", "C" pa samo z "G". Baze so med seboj povezane z vodikovimivezmi.

Adenin (A) in timin (T) se lahko povežeta v par, ker tvorita dve vodikovi vezi, citozin (C) in gvanin (G) pa tvorita tri vodikove vezi. Čeprav so baze vedno v fiksnih parih, so lahko v poljubnem vrstnem redu (A-T ali T-A; podobno C-G ali G-C). Na ta način lahko DNK iz "črk", ki so baze, zapiše "kode". Te kode vsebujejo sporočilo, ki celici pove, kaj naj stori.

Kromatin

Na kromosomih je DNK povezana z beljakovinami, imenovanimi histoni, in tvori kromatin. Ta povezava sodeluje pri epigenetiki in uravnavanju genov. Geni se med razvojem in delovanjem celic vklapljajo in izklapljajo, to uravnavanje pa je osnova za večino dejavnosti, ki potekajo v celicah.

Kopiranje DNK

Ko se DNK kopira, se to imenuje replikacija DNK. Na kratko, vodikove vezi, ki držijo skupaj parne baze, se prekinejo in molekula se razdeli na pol: ločijo se noge lestve. Tako nastaneta dve enojni verigi. Nove verige nastanejo tako, da se uskladijo baze (A s T in G s C), da nastanejo manjkajoče verige.

Najprej encim, imenovan DNK-helikaza, razdeli DNK po sredini tako, da pretrga vodikove vezi. Ko je molekula DNK razdeljena na dva ločena dela, druga molekula, imenovana polimeraza DNK, ustvari novo verigo, ki se ujema z vsako od verig razdeljene molekule DNK. Vsaka kopija molekule DNK je sestavljena iz polovice prvotne (začetne) molekule in polovice novih baz.

Mutacije

Pri kopiranju DNK včasih pride do napak - imenujemo jih mutacije. Poznamo tri glavne vrste mutacij:

• Izbris, pri katerem je ena ali več baz izpuščenih.
• Substitucija, pri kateri se ena ali več baz zamenja z drugo bazo v zaporedju.
• Vstavljanje, pri katerem se vstavi ena ali več dodatnih baz.
• Duplikacija, pri kateri se zaporedje baznih parov ponovi.

Mutacije lahko razvrstimo tudi glede na njihov vpliv na strukturo in delovanje proteinov ali njihov vpliv na fitnes. Mutacije so lahko za organizem slabe, nevtralne ali koristne. Včasih so mutacije za organizem usodne - beljakovina, ki jo tvori nova DNK, sploh ne deluje, zaradi česar zarodek umre. Po drugi strani pa evolucija zaradi mutacij napreduje, kadar nova različica beljakovine deluje bolje za organizem.

Kopiranje DNK

Ko se DNK kopira, se to imenuje replikacija DNK. Na kratko, vodikove vezi, ki držijo skupaj parne baze, se prekinejo in molekula se razdeli na pol: ločijo se noge lestve. Tako nastaneta dve enojni verigi. Nove verige nastanejo tako, da se uskladijo baze (A s T in G s C), da nastanejo manjkajoče verige.

Najprej encim, imenovan DNK-helikaza, razdeli DNK po sredini, tako da pretrga vodikove vezi. Ko je molekula DNK razdeljena na dva ločena dela, druga molekula, imenovana polimeraza DNK, ustvari novo verigo, ki se ujema z vsako od verig razdeljene molekule DNK. Vsaka kopija molekule DNK je sestavljena iz polovice prvotne (začetne) molekule in polovice novih baz.

Mutacije

Pri kopiranju DNK včasih pride do napak - imenujemo jih mutacije. Poznamo štiri glavne vrste mutacij:

• Izbris, pri katerem je ena ali več baz izpuščenih.
• Substitucija, pri kateri se ena ali več baz zamenja z drugo bazo v zaporedju.
• Vstavljanje, pri katerem se vstavi ena ali več dodatnih baz.
• Duplikacija, pri kateri se zaporedje baznih parov ponovi.

Mutacije lahko razvrstimo tudi glede na njihov vpliv na strukturo in delovanje proteinov ali njihov vpliv na fitnes. Mutacije so lahko za organizem slabe, nevtralne ali koristne. Včasih so mutacije za organizem usodne - beljakovina, ki jo tvori nova DNK, sploh ne deluje, zaradi česar zarodek umre. Po drugi strani pa evolucija zaradi mutacij napreduje, kadar nova različica beljakovine deluje bolje za organizem.

Sinteza beljakovin

Del DNK, ki vsebuje navodila za izdelavo beljakovine, se imenuje gen. Vsak gen ima zaporedje za vsaj en polipeptid. Beljakovine tvorijo strukture in tudi encime. Encimi opravijo večino dela v celicah. Beljakovine so sestavljene iz manjših polipeptidov, ki so sestavljeni iz aminokislin. Da beljakovina opravi določeno delo, je treba v pravilnem vrstnem redu povezati pravilne aminokisline.

Beljakovine izdelujejo majhni stroji v celici, imenovani ribosomi. Ribosomi so v glavnem delu celice, DNK pa le v jedru celice. Kodon je del DNK, vendar DNK nikoli ne zapusti jedra. Ker DNK ne more zapustiti jedra, celica naredi kopijo zaporedja DNK v RNK. Ta je manjša in lahko pride skozi luknjice - pore - v membrani jedra in iz nje v celico.

Geni, kodirani v DNK, se prepisujejo v sporočilno RNK (mRNA) s pomočjo beljakovin, kot je polimeraza RNK. Zrela mRNA se nato uporabi kot predloga za sintezo beljakovin v ribosomu. Ribosomi berejo kodone, "besede", sestavljene iz treh parov baz, ki ribosomu povedo, katero aminokislino naj doda. Ribosom se pomika vzdolž mRNA in bere kodo, medtem ko proizvaja beljakovine. Druga RNA, imenovana tRNA, pomaga pri ujemanju prave aminokisline z vsakim kodonom.

Sinteza beljakovin

Del DNK, ki vsebuje navodila za izdelavo beljakovine, se imenuje gen. Vsak gen ima zaporedje za vsaj en polipeptid. Beljakovine tvorijo strukture in tudi encime. Encimi opravijo večino dela v celicah. Beljakovine so sestavljene iz manjših polipeptidov, ki so sestavljeni iz aminokislin. Da beljakovina opravi določeno delo, je treba v pravilnem vrstnem redu povezati pravilne aminokisline.

Beljakovine izdelujejo majhni stroji v celici, imenovani ribosomi. Ribosomi so v glavnem delu celice, DNK pa le v jedru celice. Kodon je del DNK, vendar DNK nikoli ne zapusti jedra. Ker DNK ne more zapustiti jedra, celično jedro naredi kopijo zaporedja DNK v RNK. Ta je manjša in lahko pride skozi luknjice - pore - v membrani jedra in iz nje v celico.

Geni, kodirani v DNK, se prepisujejo v sporočilno RNK (mRNA) s pomočjo beljakovin, kot je polimeraza RNK. Zrela mRNA se nato uporabi kot predloga za sintezo beljakovin v ribosomu. Ribosomi berejo kodone, "besede", sestavljene iz treh parov baz, ki ribosomu povedo, katero aminokislino naj doda. Ribosom se pomika vzdolž mRNA in bere kodo, medtem ko proizvaja beljakovine. Druga RNA, imenovana tRNA, pomaga pri ujemanju prave aminokisline z vsakim kodonom.

Zgodovina raziskav DNK

DNK je prvič izoliral (izločil iz celic) švicarski zdravnik Friedrich Miescher leta 1869, ko je preučeval bakterije iz gnoja v kirurških povojih. Molekulo je našel v jedru celic, zato jo je poimenoval nuklein.

Leta 1928 je Frederick Griffith odkril, da se lahko lastnosti "gladke" oblike pnevmokoka prenesejo na "grobo" obliko iste bakterije z mešanjem ubitih "gladkih" bakterij z živo "grobo" obliko. Ta sistem je bil prvi jasen dokaz, da DNK prenaša genetske informacije.

Leta 1943 so v poskusu Avery-MacLeod-McCarty ugotovili, da je DNK transformacijsko načelo.

Vloga DNK v dednosti je bila potrjena leta 1952, ko sta Alfred Hershey in Martha Chase v poskusu Hershey-Chase dokazala, da je DNK genetski material bakteriofaga T2.

Erwin Chargaff je v 50. letih prejšnjega stoletja ugotovil, da je količina timina (T) v molekuli DNK približno enaka količini adenina (A). Ugotovil je, da enako velja tudi za gvanin (G) in citozin (C). To ugotovitev povzemajo Chargaffova pravila.

Leta 1953 sta James D. Watson in Francis Crick v reviji Nature predlagala model strukture DNK, ki danes velja za prvi pravilen model dvojne vijačnice. Njun dvojni vijačni, molekularni model DNK je takrat temeljil na eni sami rentgensko difrakcijski sliki "Fotografija 51", ki sta jo maja 1952 posnela Rosalind Franklin in Raymond Gosling.

Eksperimentalni dokazi, ki podpirajo Watsonov in Crickov model, so bili objavljeni v seriji petih člankov v isti številki revije Nature. Med njimi je bil članek Franklina in Goslinga prva objava njunih lastnih podatkov rentgenske difrakcije in izvirne metode analize, ki so delno podprli Watsonov in Crickov model; v tej številki je bil tudi članek o strukturi DNK Mauricea Wilkinsa in dveh njegovih kolegov, katerih analiza in rentgenski vzorci B-DNA in vivo so prav tako podprli prisotnost dvojnih spiralnih konfiguracij DNK in vivo, ki sta jih Crick in Watson za svoj dvohelixni molekularni model DNK predlagala na prejšnjih dveh straneh Nature. Leta 1962, po Franklinovi smrti, so Watson, Crick in Wilkins skupaj prejeli Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino. Nobelove nagrade so se takrat podeljevale le živečim prejemnikom. Razprava o tem, komu pripada zasluga za to odkritje, se nadaljuje.

Leta 1957 je Crick v osrednji dogmi molekularne biologije razložil povezavo med DNK, RNK in proteini.

Kako se DNK kopira (mehanizem replikacije), je bilo ugotovljeno leta 1958 z Meselson-Stahlovim poskusom. Nadaljnje delo Cricka in sodelavcev je pokazalo, da genetska koda temelji na neprekrivajočih se trojicah baz, imenovanih kodoni. Ta odkritja predstavljajo rojstvo molekularne biologije.

O tem, kako sta Watson in Crick prišla do Franklinovih rezultatov, se je veliko razpravljalo. Crick, Watson in Maurice Wilkins so leta 1962 prejeli Nobelovo nagrado za svoje delo na področju DNK - Rosalind Franklin je umrla leta 1958.

James D. Watson in Francis Crick (desno) z Maclynom McCartyjem (levo)

Zgodovina raziskav DNK

DNK je prvič izoliral (izločil iz celic) švicarski zdravnik Friedrich Miescher leta 1869, ko je preučeval bakterije iz gnoja v kirurških povojih. Molekulo je našel v jedru celic, zato jo je poimenoval nuklein.

Leta 1928 je Frederick Griffith odkril, da se lahko lastnosti "gladke" oblike pnevmokoka prenesejo na "grobo" obliko iste bakterije z mešanjem ubitih "gladkih" bakterij z živo "grobo" obliko. Ta sistem je bil prvi jasen dokaz, da DNK prenaša genetske informacije.

Leta 1943 so v poskusu Avery-MacLeod-McCarty ugotovili, da je DNK transformacijsko načelo.

Vloga DNK v dednosti je bila potrjena leta 1952, ko sta Alfred Hershey in Martha Chase v poskusu Hershey-Chase dokazala, da je DNK genetski material bakteriofaga T2.

Erwin Chargaff je v 50. letih prejšnjega stoletja ugotovil, da je količina timina (T) v molekuli DNK približno enaka količini adenina (A). Ugotovil je, da enako velja tudi za gvanin (G) in citozin (C). To ugotovitev povzemajo Chargaffova pravila.

Leta 1953 sta James D. Watson in Francis Crick v reviji Nature predlagala model strukture DNK, ki danes velja za prvi pravilen model dvojne vijačnice. Njun dvojni vijačni, molekularni model DNK je takrat temeljil na eni sami rentgensko difrakcijski sliki "Fotografija 51", ki sta jo maja 1952 posnela Rosalind Franklin in Raymond Gosling.

Eksperimentalni dokazi, ki podpirajo Watsonov in Crickov model, so bili objavljeni v seriji petih člankov v isti številki revije Nature. Med njimi je bil članek Franklina in Goslinga prva objava njunih lastnih podatkov rentgenske difrakcije in izvirne metode analize, ki so delno podprli Watsonov in Crickov model; v tej številki je bil tudi članek o strukturi DNK Mauricea Wilkinsa in dveh njegovih kolegov, katerih analiza in rentgenski vzorci B-DNA in vivo so prav tako podprli prisotnost dvojnih spiralnih konfiguracij DNK in vivo, ki sta jih Crick in Watson za svoj dvohelixni molekularni model DNK predlagala na prejšnjih dveh straneh Nature. Leta 1962, po Franklinovi smrti, so Watson, Crick in Wilkins skupaj prejeli Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino. Nobelove nagrade so se takrat podeljevale le živečim prejemnikom. Razprava o tem, komu pripada zasluga za to odkritje, se nadaljuje.

Leta 1957 je Crick v osrednji dogmi molekularne biologije razložil povezavo med DNK, RNK in proteini.

Kako se DNK kopira (mehanizem replikacije), je bilo ugotovljeno leta 1958 z Meselson-Stahlovim poskusom. Nadaljnje delo Cricka in sodelavcev je pokazalo, da genetska koda temelji na neprekrivajočih se trojicah baz, imenovanih kodoni. Ta odkritja predstavljajo rojstvo molekularne biologije.

O tem, kako sta Watson in Crick prišla do Franklinovih rezultatov, se je veliko razpravljalo. Crick, Watson in Maurice Wilkins so leta 1962 prejeli Nobelovo nagrado za svoje delo na področju DNK - Rosalind Franklin je umrla leta 1958.

James D. Watson in Francis Crick (desno) z Maclynom McCartyjem (levo)

Pomisleki glede DNK in zasebnosti

Policija v Združenih državah Amerike je pri reševanju nerešenih primerov uporabljala javne zbirke podatkov o DNK in družinskih drevesih. Ameriškazveza zadržavljanskesvoboščine je izrazila zaskrbljenost zaradi te prakse.

Pomisleki glede DNK in zasebnosti

Policija v Združenih državah Amerike je pri reševanju nerešenih primerov uporabljala javne zbirke podatkov o DNK in družinskih drevesih. Ameriška zveza za državljanske svoboščine je izrazila zaskrbljenost zaradi te prakse.

Sorodne strani

• Delitev celic
• Mitoza
• Mejoza
• Popravilo DNK
• Kromosom
• Analiza zaporedja

Sorodne strani

• Delitev celic
• Mitoza
• Mejoza
• Popravilo DNK
• Kromosom
• Analiza zaporedja