Rozdział 12 · Chemia życia
Kwas dezoksyrybonukleinowy, powszechnie znany jako DNA, jest wykorzystywany przez wszystkie formy życia jako nośnik informacji genetycznej. DNA zawiera fundamentalne plany rozwoju i utrzymania każdego organizmu. Podczas gdy DNA jest chemicznie bardzo podobny do RNA, różni się od niego w kilku kluczowych aspektach. W tej części przedstawimy przegląd jego struktury chemicznej, która jest nierozerwalnie związana z jego funkcją.
Jednostkami monomerycznymi DNA są deoksyrybonukleotydy, które zbudowane są z cukru deoksyrybozy, grupy fosforanowej i jednej z czterech nukleobaz. Grupa fosforanowa przyłączona jest do 5' atomu węgla deoksyrybozy, natomiast odpowiednia zasada przyłączona jest do 1' węgla. W przeciwieństwie do RNA, który zawiera cukier rybozę, w deoksyrybozie DNA brak jest grupy hydroksylowej (OH) przy węglu 2'. Ma to ważne implikacje dla ogólnej struktury DNA, które wkrótce omówimy.
Podobnie jak RNA, cztery standardowe zasady DNA można podzielić na dwa rodzaje, puryny i pirymidyny. Cytozyna (C) i tymina (T) to pirymidyny o typowej budowie jednopierścieniowej, zawierające w sobie dwa atomy azotu. Tymina odpowiada uracylowi w RNA. W rzeczywistości tymina może być również nazywana 5-metylouracylem, ponieważ zawiera grupę metylową przy atomie 5 pierścienia pirymidynowego. Połączenie z deoksyrybozą powstaje przy dolnym azocie na tym rysunku.
Każda z zasad purynowych - adenina (A) i guanina (G) - składa się z dwóch pierścieni zawierających azot. Wraz z pirymidynową cytozyną, zasady te są identyczne zarówno w DNA jak i RNA. Na tym rysunku lewy dolny azot każdej puryny jest przyłączony do deoksyrybozy.
Polimeryzacja DNA zachodzi pomiędzy 3' grupą hydroksylową (OH) deoksyrybozy istniejącego terminusa DNA lub pojedynczego deoksyrybonukleotydu a grupą fosforanową, która jest przyłączona do 5' węgla przychodzącego trifosforanu deoksyrybonukleozydu. Podczas tworzenia wiązania dwie grupy fosforanowe są uwalniane jako difosforan (PPᵢ), co jednocześnie dostarcza energii dla samej reakcji.
Powstały w ten sposób polimeryczny DNA jest w sposób ciągły połączony swoim szkieletem cukrowo-fosforanowym, natomiast nukleobazy sięgają na boki nici. Jeden z końców cząsteczki DNA zakończony jest grupą fosforanową, która przyłączona jest do 5' węgla cukru deoksyrybozy. Dlatego nazywany jest 5' końcem nici DNA. Przeciwległy terminus kończy się wolnym 3' OH i stąd nazywany jest 3' końcem. Dodatkowe nukleotydy mogą być dodawane tylko do 3' końca nici DNA.
DNA jest zazwyczaj dwuniciowy na całej swojej długości, w przeciwieństwie do RNA. Dwie nici DNA łączą się ze sobą poprzez specyficzne parowanie zasad, gdzie A łączy się w pary tylko z T, a G tylko z C, przy czym są one połączone odpowiednio dwoma i trzema wiązaniami wodorowymi. Dwie nici biegną w przeciwnym kierunku, który powszechnie definiuje się jako bieg od końca 5' do końca 3'. W związku z tym obie nici DNA są względem siebie antyrównoległe i odwrotnie komplementarne w swojej sekwencji zasad, ponieważ każda z nich ma swoje odrębne dopasowanie parami.
DNA ma strukturę spiralną. Dwie jego nici tworzą podwójną helisę, w której szkielety cukrowo-fosforanowe (zaznaczone na szaro) znajdują się na zewnątrz, a pary zasad wewnątrz, połączone wiązaniami wodorowymi. Podwójna helisa DNA posiada rowek główny, w którym włókna cukrowo-fosforanowe są bardziej od siebie oddalone, oraz rowek mniejszy, w którym są one bliżej siebie.
Struktura DNA jest szczególnie odpowiednia dla jego kopiowania i jego podstawowej funkcji, czyli przechowywania informacji genetycznej. Ta informacja, która jest używana jako wzór do budowy i utrzymania organizmów, leży w specyficznej sekwencji bazowej DNA z jego czterema "literami" A, G, C i T. Więcej o kopiowaniu, czytaniu i tłumaczeniu informacji genetycznej dowiesz się w następnym module na temat genetyki.
DNA może być modyfikowane na różne sposoby, ale najważniejszą modyfikacją jest metylacja DNA. Konkretnie jest to metylacja cytozyny przy atomie 5 w pierścieniu pirymidynowym. Powstała w ten sposób zasada nazywana jest 5-metylocytozyną i nadal paruje się z guaniną, choć ta niewielka zmiana chemiczna ma głęboki wpływ na regulację materiału genetycznego. Jest to przykład modyfikacji epigenetycznej, która zostanie omówiona bardziej szczegółowo w dalszej części artykułu.
Sześć pytań do tego rozdziału — bez rejestracji, po prostu sprawdź swoją wiedzę.
To rozdział 12 bezpłatnego modułu. W aplikacji Codon One znajdziesz quizy po każdym rozdziale, fiszki, serie i 5 kolejnych modułów.
Pobierz wApp Store