Sekundární struktura DNA

Základní sekundární strukturou nukleových kyselin je šroubovice dvou řetězců nebo dvou úseků téhož řetězce, který je stočen do tvaru připomínajícího vlásenku.

Prostorová struktura DNA

Rozdíl mezi strukturou DNA a RNA

Historie objevu struktury DNA[upravit | editovat zdroj]

Legendární objev dvoušroubovice DNA, který James Watson a Francis Crick navrhli v r.1953, začal moderní fázi vývoje biologie a biochemie. Uvedení nositelé Nobelovy ceny vyšli ze Chargaffových poznatků o poměru bazí v DNA; látkové množství adeninu je v molekule DNA shodné s obsahem thyminu a látkové množství guaninu je shodné s množstvím cytosinu. Z toho vyplývá, že poměr mezi purinovými a pyrimidinovými bazemi je 1:1. Další významné podklady pro sestavení modelu DNA poskytly fotografie z difrakce rentgenových paprsků procházejících krystalem čisté DNA, které zhotovila Rosalinda Franklinová a Maurice Wilkins. Ukázala se na nich dvojnásobná periodicita hustoty atomů: 0,34 nm a 3,4 nm.

Vlastní sekundární struktura[upravit | editovat zdroj]

Základní vlastnosti[upravit | editovat zdroj]

Oba řetězce dvoušroubovice DNA se vinou pravotočivě kolem osy (jestliže palec pravé ruky sleduje směr, řetězce se vinou ve směru ostatních prstů). Pentózafosfátové páteře obou řetězců se otáčejí po zevním povrchu dvoušroubovice (helixu), zatímco báze směřují k její ose. Ve shodě s Chargaffovými pravidly se adenin páruje dvěma vodíkovými můstky s thyminem (A=T) a guanin třemi vodíkovými můstky s cytosinem. Podmínkou je potřebná tautomerní forma bází. Báze a řetězce, které se uvedeným způsobem párují, se nazývají komplementární. Naproti tomu řetězce, které jsou shodné nebo velmi podobné v pořadí nukleotidů a mají stejnou polaritu, se nazývají homologními.

Páry bazí v DNA

Další vlastnosti[upravit | editovat zdroj]

Plochy bází jsou ve Watsonově–Crickově modelu DNA kolmé na osu dvoušroubovice a tvoří stupně jakéhosi „točitého schodiště“. Jsou od sebe vzdáleny 0,34 nm. Sousední páry bazí se vážou hydrofobními interakcemi, což zesiluje vazbu řetězců DNA. Jedna otáčka dvoušroubovice obsahuje deset párů bazí, měří tedy 3,4 nm (periodicita hustoty atomů podle difrakce rtg paprsků!). Průměr dvoušroubovice je 2 nm. Na povrchu helixu jsou dvě podélně se vinoucí rýhy, jedna mělčí, druhá hluboká. V hlubší z nich jsou podmínky pro navázání proteinů na specifické sekvence bazí. Fosfáty na okrajích rýh jsou při pH kolem 7 disociovány, takže svými negativními náboji se mohou vázat k bazickým aminokyselinám proteinů. Popsané prostorové uspořádání je možné proto, že se páruje vždy purinová báze s pyrimidinovou, takže vzdálenosti obou C1 jsou u všech párů téměř stejné. Další podmínkou popisovaného uspořádání DNA je opačná polarita fosfodiesterových vazeb obou řetězců. Říkáme, že jsou antiparalelní. V jednom směru je směr vazeb 5’–3’ a ve druhém 3’–5’.

Konformace DNA[upravit | editovat zdroj]

Základní konformace[upravit | editovat zdroj]

Watsonem a Crickem popsaná DNA je v tzv.B–formě, kdy konformace deoxyribóz je 2’–endo. To znamená, že zatímco 4 atomy deoxyfuranózového kruhu jsou v rovině, C2’ uhlík vystupuje stejným směrem jako C5’.

Konformace pentózy v nukleové kyselině 2'-endo. Druhý uhlík (2') je na stejné straně roviny kruhu jako uhlík pátý (5'). Kruh je zvýrazněn žlutě, místo, kde je navázána báze, modře, kyslíky červeně, uhlík mimo kruh šedě a vodíky bíle.

Konformace pentózy v nukleové kyselině 3'-endo. Třetí uhlík (3') je na stejné straně roviny kruhu jako uhlík pátý (5'). Kruh je zvýrazněn žlutě, místo, kde je navázána báze, modře, kyslíky červeně, uhlík mimo kruh šedě a vodíky bíle.

Jiné konformace[upravit | editovat zdroj]

Dvoušroubovice DNA existuje i v jiných konformacích. Ve formě A je dvoušroubovice též pravotočivá, avšak v jedné otáčce obsahuje 11 párů bazí, jejich plochy nejsou kolmé k ose helixu a velká rýha je překryta fosfáty (a tudíž těžko přístupná proteinům). Deoxyribóza je tentokrát v konformaci 3’–endo. Byla popsána též levotočivá dvoušroubivce DNA, tzv. Z–forma. Řetězce se zde nevinou plynule jako u pravotočivých helixů, probíhají „sem–tam“, „zig–zag“. Jedna otáčka obsahuje 12 párů bazí. Z–DNA má pouze jednu rýhu s velkou hustotou negativních nábojů. Byla popsána in vitro, předpokládá se její existence in vivo v určitých oblastech DNA.