Základy o DNA, o kyseline deoxyribonukleovej

Základy o DNA

Základy o DNA zahŕňajú informácie o tom, kde sa DNA nachádza, ako vyzerá a aké má zloženie a aké má funkcie v organizme. V kyseline deoxyribonukleovej (DNA) sú obsiahnuté biologické pokyny, vďaka ktorým je každý druh jedinečný.

V  eukaryotických organizmoch sa DNA nachádza v špeciálnej oblasti bunky nazývanej jadro. Kompletný súbor jadrovej DNA organizmu sa nazýva genóm. Okrem DNA umiestnenej v jadre máme malé množstvo DNA aj v bunkových štruktúrach známych ako mitochondrie. Mitochondrie generujú energiu, ktorú bunka potrebuje na správnu funkciu. Pri sexuálnej reprodukcii sa dedí polovica svojej jadrovej DNA od mužského rodiča a polovica od ženského rodiča. Ašak dedíme od ženského rodiča všetku svoju mitochondriálnu DNA. K tomu dochádza, pretože počas oplodnenia si svoje mitochondrie uchovávajú iba vaječné bunky, a nie bunky spermií.

Základy o DNA – z čoho sa skladá?

DNA je vytvorená z chemických stavebných blokov nazývaných nukleotidy. Tieto stavebné bloky sú vyrobené z troch častí: fosfátovej skupiny, cukrovej skupiny a z jednej zo štyroch typov dusíkových báz. Na vytvorenie reťazca DNA sú nukleotidy spojené do reťazcov, pričom sa striedajú skupiny fosfátov a cukrov.

Keď spomíname základy o DNA, je nevyhnutné uviesť, že štyrmi druhmi dusíkových báz nachádzajúcich sa v nukleotidoch sú: adenín (A), tymín (T), guanín (G) a cytozín (C). Poradie alebo sekvencia týchto báz určuje, aké biologické pokyny sú obsiahnuté v reťazci DNA. Sekvencia ATCGTT môže napríklad dávať pokyn pre modré oči, zatiaľ čo ATCGCT môže dávať pokyn pre hnedé.

Kompletný súbor DNA – genóm človeka obsahuje asi 3 miliardy báz a asi 20 000 génov na 23 pároch chromozómov.

Základy o DNA – čo robí?

DNA obsahuje pokyny potrebné na to, aby sa organizmus vyvíjal, prežil a reprodukoval. Na plnenie týchto funkcií musia byť sekvencie DNA prevedené na správy, ktoré je možné použiť na tvorbu proteínov, čo sú komplexné molekuly, ktoré v našich telách vykonávajú väčšinu práce.

Každá sekvencia DNA, ktorá obsahuje pokyny na tvorbu proteínu, je známa ako gén. Veľkosť génu sa môže veľmi líšiť, od 1 000 báz po 1 milión báz u ľudí. Gény tvoria iba asi 1% sekvencie DNA. Zvyšok DNA sa podieľa na regulácii toho, kedy, ako a koľko proteínu sa tvorí.

Medzi základy o DNA patrí aj to, že bunka je veľmi malá a v jednej bunke máme veľa molekúl DNA. Preto každá molekula DNA musí byť tesne zabalená. Táto zabalená forma DNA sa nazýva chromozóm. Počas replikácie DNA sa DNA odvíja, aby sa dala skopírovať. Inokedy v bunkovom cykle sa DNA tiež odvíja, aby sa jej pokyny dali použiť na tvorbu bielkovín a na ďalšie biologické procesy.  Avšak počas delenia buniek je DNA vo svojej kompaktnej chromozómovej forme, ktorá umožňuje prenos do nových buniek.

Ako sa sekvencie DNA používajú na tvorbu proteínu

Pokyny DNA sa používajú na výrobu proteínov v dvojstupňovom procese. Enzýmy najskôr prečítajú informácie v molekule DNA a transkribujú ich do strednej molekuly nazývanej messenger ribonukleová kyselina (mRNA). Ďalej sú informácie obsiahnuté v molekule mRNA preložené do „jazyka“ aminokyselín, ktoré sú stavebnými kameňmi bielkovín. Tento jazyk hovorí bunkovému mechanizmu na tvorbu proteínov presné poradie, v ktorom sa majú spojiť aminokyseliny za vzniku konkrétneho proteínu. Toto je hlavná úloha, pretože existuje 20 typov aminokyselín, ktoré je možné usporiadať v rôznych radoch a vytvárať tak najrozmanitejšie proteíny.

Základy o DNA – čo je dvojitá špirála?

Vedci používajú termín „dvojitá špirála“ na opis zvinutej dvojvláknovej chemickej štruktúry DNA. Tento tvar – ktorý sa veľmi podobá skrútenému rebríku – dáva DNA schopnosť prenášať biologické pokyny s veľkou presnosťou.

Základy o DNA zahŕňajú aj pochopenie dvojitej závitnice DNA z chemického hľadiska. Predstavte si strany rebríka ako vlákna striedajúcich sa skupín cukru a fosfátu – vlákna, ktoré prebiehajú v opačných smeroch. Každá „priečka“ rebríka sa skladá z dvoch dusíkových báz, ktoré sú navzájom spárované vodíkovými väzbami. Vzhľadom na vysoko špecifickú povahu tohto druhu chemického párovania sa báza A vždy páruje s bázou T a podobne C s G. Ak teda poznáme sekvenciu báz na jednom vlákne dvojitej špirály DNA, je jednoduché zistiť poradie báz na druhom vlákne.

Jedinečná štruktúra DNA umožňuje molekule kopírovať sa počas delenia buniek. Keď sa bunka pripraví na delenie, špirála DNA sa rozdelí v strede a stane sa z dvomi jednoduchými vláknami. Tieto jednovláknové reťazce slúžia ako templáty na stavbu dvoch nových dvojvláknových molekúl DNA – každá je replikou pôvodnej molekuly DNA. V tomto procese sa A báza pridáva všade tam, kde je T, C, kde je G, a tak ďalej, kým všetky bázy opäť nemajú partnerov.

Navyše, keď sa tvoria proteíny, dvojitá špirála sa odvíja, aby umožnila jednému vláknu DNA slúžiť ako templát. Tento templátový reťazec je potom transkribovaný do mRNA, čo je molekula, ktorá prenáša dôležité pokyny do zariadenia na tvorbu proteínov v bunke.

Základy o DNA – kto ju objavil?

Švajčiarsky biochemik Frederich Miescher prvýkrát pozoroval DNA na konci 19. storočia. Od tohto objavu ale uplynulo takmer storočie, kým vedci rozlúštili štruktúru molekuly DNA a uvedomili si jej zásadný význam pre biológiu.

Vedci dlhé roky diskutovali o tom, ktorá molekula nesie biologické pokyny života. Väčšina si myslela, že DNA je príliš jednoduchá molekula na to, aby mohla hrať takú zásadnú úlohu. Namiesto toho tvrdili, že proteíny pravdepodobne vykonávajú túto životne dôležitú funkciu, pretože sú zložitejšie a majú širšiu rozmanitosti foriem.

Význam DNA sa ukázal v roku 1953 vďaka práci Jamesa Watsona, Francisa Cricka, Maurice Wilkinsa a Rosalind Franklinovej. Štúdiom röntgenových difrakčných obrazcov a modelov vedci prišli na štruktúru DNA s dvojitou špirálou – štruktúru, ktorá jej umožňuje prenášať biologické informácie z jednej generácie na druhú.

mRNA vakcína nemôže ovplypniť DNA človeka

Niektoré vírusy vedia ovplyvniť DNA človeka. Môžu spôsobiť, že bunka sa stane rakovinovou. HPV môže spôsobiť niekoľko rôznych typov rakoviny, vrátane rakoviny krčka maternice. Ďalším príkladom je vírus HIV, ktorý integruje svoj vlastný genóm do genómu ľudských bielych krviniek a núti bunku vytvoriť veľa kópií vírusu.

Na druhej strane už existuje aj génová terapia, ktorá má pozitívne účinky na zdravie. Vedci sa stále viac pokúšajú bojovať proti genetickým chorobám pomocou génovej terapie dedičných defektov DNA, napríklad takých, ktoré pôsobujú slepotu alebo poruchy sluchu.

V súčasnej dobe však vakcíny mRNA proti koronavírusu nie sú ani vírusy, ani génová terapia a neovplyvnia DNA. Neexistuje žiadne riziko, že vakcína mRNA zmení DNA, pretože mRNA nemá schopnosť meniť DNA chránenú v bunkovom jadre, kam mRNA nedokáže preniknúť.

V budúcnosti sa mRNA princíp vakcín zrejme rozšíri do sféry očkovania proti sezónnej chrípke a proti HIV.