Původ života (2/5) -- DNA

28. července 2008 v 18:19 | sagan (zavináč) email (tečka) cz |  Víra a věda
Jak funguje DNA? Co je to gen? Co je to genom? Jak se přemění informace uložená v DNA v část našeho těla?

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Kyselina deoxyribonukleová (DNA = deoxyribonucleic acid = DNK) je molekula sbalená v chromozómu uvnitř jádra buňky. DNA nese veškeré informace potřebné pro tvoření proteinů, je základem našeho plánu. Všechny živé organismy na Zemi mají velmi podobný plán, který se mezi námi jen málo odlišuje.
Dvoušroubovice DNA. Typická délka jednoho lidského chromozómu je 5 cm. DNA všech 46 lidských chromosomů uvnitř jedné buňky tak měří 2 metry.
Téměř všechno, co potřebujete vědět, abyste mohli postavit člověka, je zapsáno v molekule DNA. Toto je dvoušroubovice DNA. Je uložena v jádře buňky. Jako ohromný stroj se skládá asi z 1 miliardy pohyblivých částí -- atomů. To je tolik atomů, jako je hvězd v menší galaxii.
Dvoušroubovicová struktura DNA tvořená 4 molekulami označovanými jako báze (G, C, A, T). Vždy se páruje G s C a A s T. Báze jsou připevněny k výstuži z cukrů a fosfátů. Jednotkou délky je na obrázku 1 Angström. 1 Å = 1.10-10 m. Vzdálenost mezi dvěma sousedními páry báze je 1 bp = 3,4 Å. Jedna lidská DNA obsahuje (cbp=) 3 miliardy párů bází ve 46 chromozómech (22 párů autozómů + 2 pohlavní chromozómy). Lidské buňky jsou stejně jako u všech pohlavně se rozmnožujících druhů diploidní, tzn. každá má v sobě (c=) dvě kopie DNA. Celková délka DNA uvnitř jedné buňky je tedy lcell = bp . cbp . c ≈ 2 m (metry). Vzhledem k celkovému počtu buněk v lidském těle (1013) je celková délka DNA ve vašem těle 2 . 1013 m.
Schematický obrázek, rozměr a snímek z elektronového mikroskopu.
Informace v DNA je tvořena pouze čtyřmi druhy molekul. Adenin, guanin, cytosin, thymin. A, G, C, T. Adenin vždy tvoří pár s thyminem, cytosin s guaninem.
Gen je úsek DNA, který kóduje bílkovinu, která kóduje vlastnost (odstín pleti, barvu očí a tak dále).
Genom je souhrn veškerého genetického materiálu v chromozómech. Většina lidské DNA (98 procent) obsahuje geny, které nekódují bílkoviny.

Přepis a kontrola genomu

DNA se musí kopírovat, replikovat -- to je pro DNA doslova životně důležité, aby se zachovala v čase. Nejprve se musí dvoušroubovice rozvinout -- to provádí enzym, jako nějaký automaticky pracující stroj -- rozpojuje nukleotidy bází (A, T, C, G), které dvoušroubovici spojují. Pracuje velmi dokonale, jako když vezmete za poutko u zipu a rozepínáte si bundu - stejně přesně odděluje obě části dvoušroubovice. Molekuly kódující informaci (A, T, C, G) jsou stejné u všech živočichů i rostlin.
Rozvinutí dvoušroubovice DNA. Enzym odděluje obě části spletených vláken dvoušroubovice DNA. Enzym je znázorněn fialově.
Každá část dvoušroubovice, každá spirála je kopií druhé spirály. Přepis, kopírování, provádí další specializovaný enzym. V buňce je mnoho nukleotidů a tento enzym rozpozná, zdali je volný nukleotid shodný s originální částí spirály DNA, a pokud je, tak ho tam přilepí, čímž vytváří kopii DNA. Vlastně se v DNA využívají jenom 4 nukleotidy, 4 symboly, to se zdá být neuvěřitelné že se tímto kódem dá popsat více než 10 miliónů druhů na Zemi. Ale na druhou stranu obrázky, hudba a video v našich počítačích, jsou založeny na ještě jednodušším kódu jenom z nul a jedniček.
V každé buňce, která se teď ve vás kopíruje, se přidá několik desítek nukleotidů, každou sekundu. Tisíce enzymů pracují současně na jedné takové DNA molekule. Když se objeví nukleotid, který tam nepatří, enzym ho zahodí. Enzymy fungují jako urychlovače, čímž zkracují čas chemických procesů, které by jinak trvaly velmi dlouho.
Někdy, ale dojde k chybě -- enzym ponechá připojený nukleotid, který neodpovídá originálu. Tím dojde k malé změně, mutaci, v genetickém kódu. Tato mutace je podstatou změn, jak je popsal Charles Darwin v teorii evoluce.

Vytvoření bílkoviny prostřednictvím RNA (ribonukleová kyselina)

Dvoušroubovice DNA je nejprve enzymem helikázy rozvinuta a následně je DNA prostřednictvím enzymu RNA polymeráza okopírovaná do molekuly m-RNA (messenger-RNA). RNA polymeráza čte DNA po bázích (A, C, G, T) a vytváří komplementární molekulu m-RNA (transkripce). Přepis zajišťuje enzym RNA polymeráza a vytváří komplementární vlákno m-RNA bázi po bázi. Kopie tedy není identická, ale převrácená. m-RNA pak slouží jako šablona či recept pro určitou danou bílkovinu.

Ribosomální RNA (r-RNA), další bílkovina nacházející se uvnitř buňky, pak čte tento recept (šablonu) a staví podle něj za pomoci t-RNA (transfer RNA) výslednou bílkovinu (translace). Menší část ribosomy (30S) dekóduje genetický kód v m-RNA. Větší část (50S) převezme tuto informaci, chopí se okolních aminokyselin a sestaví je podle informace z šablony do správného pořadí tvořícího bílkovinu.Nakonec je bílkovina stočena do výsledného tvaru důležitého pro správnou funkci bílkoviny. A další bílkovina dopraví výsledně vytvarovanou bílkovinu na správné místo.
Pořadí nukleotidů určuje, jaký druh bílkoviny se z aminokyselin na základě informace v DNA postaví. Existuje velké množství kombinací nukleotidů, podle kterých se tvoří různé bílkoviny. V některých případech slouží přímo m-RNA jako koncový produkt.

Vytváření bílkovin je ohromně složité a ve všech případech ho ještě neznáme do podrobností. Například Cajalova tělíska uvnitř buněčného jádra provádí sestřih RNA, kdy se informace přenesená z DNA do RNA (obsahující až 90 % "zbytečných" údajů) upravuje tak, aby ve výsledné RNA zůstaly jen údaje nutné pro výrobu funkčních bílkovin.
Jak ohromující, že sice poměrně velká, ale stavebně velmi jednoduchá molekula, může být plánem pro vznik celého organismu.
Pokračování článku -- klikněte zde.
#
 

6 lidí ohodnotilo tento článek.

Komentáře

1 Kamila Kamila | Web | 2. září 2017 v 11:26 | Reagovat

Neznate nekdo nejake lekce kytary online

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama