Nukleové kyseliny
Chémia
Organické látky tvoriace živú hmotu
Nukleové kyseliny DNA a RNA, zloženie a štruktúra
Bunky majú jadro, jadro obsahuje chromozómy, tie zas dvojvláknovú špirálu DNA.
Dedičnosť je zložitý proces, prenosu geneticky podmienených znakov z predkov na potomkov. Úmyselne píšem z predkov, lebo nemusia to byť len rodičia, ktorí odovzdávajú svoje znaky potomkom. Pre väčšinu živých organizmov je nositeľom genetickej informácie deoxyribonukleová kyselina – DNA. „A“ ako acidum (lat. kyselina). Staršie slovenské označenie DNK. („K“ ako kyselina). Je niekoľko výnimiek, kde túto funkciu vykonáva ribonukleová kyselina - RNA (napr. RNA-vírusy). Vedelo sa, že dedičnosť má chemickú povahu, ale dlho sa uvažovalo, že dedičnosť zabezpečujú bielkoviny. Už v článku o bielkovinách som uviedol, že na Zemi neexistujú žiadne živé organizmy, ktoré by nemali bielkovinový charakter. Asi preto pretrvával dlho tento názor. Až objavením nukleových kyselín – pomenovanie je podľa miesta nálezu - jadro (lat. nucleus ), nastala zmena v chápaní ich funkcie.
Nukleové kyseliny objavil Švajčiar J.F. Miescher v roku 1869. Teda nie J.G. Mendel, ktorého považujeme za zakladateľa genetiky. Mendelove dlhoročné experimenty s hrachom a jeho štatistické spracovanie výsledkov kríženia hovoria, že sa nededia hotové znaky a vlastnosti ako také, ale to čo ich prezentuje, to čo ich determinuje, kóduje. J. G. Mendel ich pomenoval elementy a od roku 1909 sa označujú ako gény. Trvalo viac ako polstoročie, kým J. D. Watson a F. Crick navrhli v r. 1953 model DNA, za čo dostali v roku 1962 spolu s M. H. Wilkinsonom Nobelovu cenu, za objav molekulovej štruktúry. Nukleové kyseliny sú prírodné biopolyméry, sú to makromolekulárne organické zlúčeniny, s veľmi zložitou štruktúrou, napriek tomu majú veľmi jednoduché zloženie. Základnou jednotkou je nukleotid (viď dva príklady s adenínom a uracilom).
Obr. 1 Chemický vzorec: nukleotid s adenínom Zľava: fosfát (zvyšok H3PO4) + C5 (ribóza) + adenín (heterocyklická zlúčenina)
Obr. 2 Chemický vzorec: nukleotid s uracilom. Zľava: fosfát (zvyšok H3PO4) + C5 (ribóza) + uracil
Toto sa opakuje „n“ krát za sebou, kým nevznikne polynukleotid. Nukleové kyseliny sú vlastne polynukletidové reťazce, kde „n“ je aj niekoľko desaťtisíc nukleotidov. Aj keď sú všetky molekuly DNA vybudované na rovnakom princípe, predsa je každá iná. Má inú primárnu štruktúru, t.j. poradie (sekvenciu) nukleotidov. Práve poradie nukleotidov, konkrétne dusíkatých zásad je kódom, zápisom každého daného génu. Gény môžu byť kódované rôzne veľkým počtom dusíkatých báz, teda sú aj rôzne veľké aktívne úseky molekuly DNA.
Obr. 3 Dr. Francis Crick (v strede) a Dr. James D. Watson (vpravo) pri preberaní ocenenia za model DNA.
Obr. 4 Schéma znázorňuje dvojvláknovú pravotočivú závitnicu DNA „double helix“.
Symbolika: polynukleotidový reťazec, (žltá stuha, vlákno) je zložený z: – C5 –P –-(C5 –P -)n – C5 – P - Vysvetlenie: C5 = 2-deoxyribóza , 5 uhlíkatý cukor (pentóza). – P – zvyšok kyseliny fosforečnej, chemická značka fosforu (P). Medzi nimi sú dusíkaté zásady A – T a C – G (žltá, modrá, červená a zelená farba) spojené na princípe komplementarity vodíkovými mostíkmi. Sú to slabé chemické väzby medzi voľným elektrónovým párom kyslíka, čo predstavuje záporný elektrický náboj a elektropozitívnym vodíkom. Dusíkaté zásady sú heterocyklické zlúčeniny odvodené od purínu (adenín, guanín), alebo od pyrimidínu (cytozín, tymín a uracil). Atómy dusíka (N) majú 5 valenčných elektrónov a tým, že v cykle vytvárajú len 3 chemické väzby majú ešte jeden voľný elektrónový pár, ktorý zapríčiňuje zásaditosť (bazicitu). Odtiaľ výraz dusíkaté zásady.
Obr. 5 Dusíkaté zásady: A, G, C, U, T
Watsonovo-Crickovo párovanie je princíp komplementárnosti, t.j. spájanie sa adenínu s tymínom a cytozínu s guanínm cez vodíkové mostíky, kde je kyslík O-2 má záporný elektrický náboj a vodík H+ kladný . Pričom sa nesúhlasné elektrické náboje priťahujú slabou chemickou väzbou.
Obr. 6 Watsonovo-Crickovo párovanie adenínu (A) s tymínom (T ).
Obr. 7 Watsonovo-Crickovo párovanie guanínu (G) s cytozínom (C).
Zhrnutie
Rozdiely medzi DNA a RNA sú:
A/ V štruktúre a v zložení
DNA obsahuje C5 = 2-deoxyribózu, RNA má C5 = ribózu. DNA je dvojvláknová pravotočivá závitnica (Double helix), RNA je tvorená jedným polynukletidovým reťazcom (jedným vláknom). DNA obsahuje 4 dusíkaté zásady: adenín (A), guanín (G), tymín (T) a cytozín (C). RNA má tiež 4 dusíkaté zásady, adenín (A), guanín (G), cytozín (C), len namiesto tymínu má uracil (U).
B/ Vo funkcii
Úlohou DNA je uchovávať a odovzdávať úplnú genetickú informáciu. DNA zabezpečuje prenos genetickej informácie delením chromozómov do dcérskych buniek, ako aj do ribozómov (častice cytoplazmy buniek), kde prebieha biosyntéza bielkovín – (znakov, vlastností), enzýmov a pod.
C/ Vo výskyte
DNA sa nachádza predovšetkým v jadre buniek, RNA v cytoplazme, konkrétne v ribozómoch. Zatiaľ som sa zaoberal informatívnou štruktúrou nukleových kyselín. Na internete je dostatočné množstvo aj priestorových pohľadov na chemické vzorce 2-deoxyribózy, ribózy, chemické väzby tvoriace nukleotid, na syntézu DNA, replikáciu DNA, expresiu génu, transkripciu, transláciu genetickej informácie. Tieto poznatky pre všeobecnú prax chovateľa kanárikov nie sú nevyhnutné.
Zapamätajte si, že poradie dusíkatých zásad (A, G, T, C) v DNA je zodpovedné za vznik bielkovín v ribozómoch, ktorú vykonáva RNA. Postupným prikladaním aminokyselín do určitého poradia, viazaných navzájom peptidovou väzbou, rastie polypeptidový reťazec. Iné poradie dusíkatých zásad v DNA, znamená aj iné poradie aminokyselín v bielkovine = iná bielkovina. Bielkovina s inými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami, t.j. iný znak.
Obrázky sú dostupné na internete:
Nukleové kyseliny - Wikipédia
Autor: RNDr. Ondrej Molčan