Pin
Send
Share
Send


Nahoře, a GC pár bází se třemi vodíkovými vazbami. Dole, NA pár bází se dvěma vodíkovými vazbami. Vodíkové vazby jsou znázorněny přerušovanou čarou.

Každý typ báze na jednom prameni tvoří vazbu s pouze jedním typem báze na druhém vláknu. Toto se nazývá doplňkové párování bází. Zde puriny vytvářejí vodíkové vazby k pyrimidinům, s vazbou A pouze k T a vazbou C pouze k G. Toto uspořádání dvou nukleotidů vázajících se dohromady přes dvojitou spirálu se nazývá pár bází. U dvojité spirály jsou obě vlákna také držena pohromadě silami generovanými hydrofobním efektem a stohováním pí, které nejsou ovlivněny sekvencí DNA.25 Protože vodíkové vazby nejsou kovalentní, lze je snadno přerušit a znovu se k nim připojit. Dva řetězce DNA v dvojité spirále se proto mohou od sebe oddělit jako zip, a to buď mechanickou silou nebo vysokou teplotou.26 V důsledku této komplementarity jsou všechny informace ve dvouřetězcové sekvenci DNA šroubovice duplikovány na každém řetězci, což je zásadní při replikaci DNA. Tato reverzibilní a specifická interakce mezi komplementárními páry bází je rozhodující pro všechny funkce DNA v živých organismech.14

Dva typy párů bází tvoří různé počty vodíkových vazeb, AT tvoří dvě vodíkové vazby a GC tvoří tři vodíkové vazby (viz obrázky, vlevo). GC základní pár je proto silnější než AT základní pár. V důsledku toho je to jak procento párů bází GC, tak celková délka dvojité šroubovice DNA, která určuje sílu asociace mezi dvěma řetězci DNA. Dlouhé helixy DNA s vysokým obsahem GC mají silněji interagující řetězce, zatímco krátké helixy s vysokým obsahem AT mají slaběji interagující řetězce.27 Části dvojité šroubovice DNA, které se musí snadno oddělit, jako je například krabička TATAAT Pribnow v bakteriálních promotorech, mají tendenci mít sekvence s vysokým obsahem AT, což usnadňuje roztahování vláken.28 V laboratoři lze sílu této interakce měřit pomocí nalezení teploty potřebné k přerušení vodíkových vazeb, jejich teploty tání (nazývané také Tm hodnota). Když se všechny páry bází v dvojité spirále DNA roztaví, prameny se oddělí a existují v roztoku jako dvě zcela nezávislé molekuly. Tyto jednořetězcové molekuly DNA nemají jediný společný tvar, ale některé konformace jsou stabilnější než jiné.29

Smysl a antisense

Sekvence DNA se nazývá „smysl“, pokud je její sekvence stejná jako sekvence zprávy messenger RNA, která je přeložena do proteinu. Sekvence na opačném řetězci je komplementární ke sense sekvenci, a proto se nazývá „antisense“ sekvence. Protože RNA polymerázy pracují tak, že vytvářejí komplementární kopii svých templátů, je to antisense vlákno, které je šablonou pro produkci sense messenger RNA. Jak sense, tak antisense sekvence mohou existovat na různých částech stejného řetězce DNA (to znamená, že oba řetězce obsahují sense i antisense sekvence).

V prokaryotech i eukaryotech jsou produkovány antisense RNA sekvence, ale funkce těchto RNA nejsou zcela jasné.30 Jedním návrhem je, že antisense RNA jsou zapojeny do regulace genové exprese prostřednictvím párování bází RNA-RNA.31

Několik sekvencí DNA v prokaryotech a eukaryotech a více v plazmidech a virech rozostřuje rozlišení mezi smyslovými a antisense vlákny výše tím, že má překrývající se geny.32 V těchto případech některé sekvence DNA dělají dvojí povinnost, kódují jeden protein, když se čtou 5 'až 3' podél jednoho vlákna, a druhý protein, když se čtou v opačném směru (stále 5 'až 3'), podél druhého řetězce. U bakterií může být toto překrývání zapojeno do regulace genové transkripce,33 zatímco u virů překrývající se geny zvyšují množství informací, které mohou být kódovány v malém virovém genomu.34 Další způsob, jak snížit velikost genomu, je vidět u některých virů, které obsahují jako svůj genetický materiál lineární nebo kruhovou jednovláknovou DNA.3536

Supercoiling

DNA může být zkroucena jako provaz v procesu zvaném supercoiling DNA. S DNA v jejím "uvolněném" stavu, pramen obvykle zakroužkuje osu dvojité šroubovice jednou za 10,4 párů bází, ale pokud je DNA zkroucena, prameny se stáhnou pevněji nebo volně.37 Pokud je DNA zkroucena ve směru šroubovice, je to pozitivní supercoiling a báze jsou pevněji drženy pohromadě. Pokud jsou krouceny v opačném směru, jedná se o negativní supercoiling a základny se snadněji rozpadají.

V přírodě má většina DNA mírně negativní supercoiling, který je zaváděn enzymy zvanými topoisomerázy.38 Tyto enzymy jsou také potřebné pro zmírnění kroucení namáhaného zavedením do řetězců DNA během procesů, jako je transkripce a replikace DNA.39

Zleva doprava, struktury A, B a Z DNA

Alternativní dvojšroubovicové struktury

DNA existuje v několika možných konformacích. Dosud identifikované konformace jsou: A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA,40 E-DNA,41 H-DNA,42 L-DNA,40 P-DNA,43 a Z-DNA.2044 V přirozeně se vyskytujících biologických systémech však byly pozorovány pouze A-DNA, B-DNA a Z-DNA.

Která konformační DNA přijímá, závisí na sekvenci DNA, množství a směru supercoilingu, chemických modifikacích bází a také na podmínkách roztoku, jako je koncentrace kovových iontů a polyaminů.45 Z těchto tří konformací je výše popsaná forma B nejběžnější za podmínek nalezených v buňkách.46 Dvě alternativní dvojšroubovicové formy DNA se liší svou geometrií a rozměry.

Forma A je širší pravotočivá spirála s mělkou, širokou menší drážkou a užší, hlubší hlavní drážkou. Forma A se vyskytuje za nefyziologických podmínek v dehydratovaných vzorcích DNA, zatímco v buňce může být produkována v hybridních párech řetězců DNA a RNA, jakož i v komplexech enzym-DNA.4748 Segmenty DNA, kde báze byly chemicky modifikovány methylací, mohou podstoupit větší změnu konformace a přijmout formu Z. Prameny se zde otáčejí kolem spirálové osy v levotočivé spirále, která je opakem běžnější formy B.49 Tyto neobvyklé struktury mohou být rozpoznávány specifickými proteiny vázajícími se na Z-DNA a mohou být zapojeny do regulace transkripce.50

Struktura kvadruplexu DNA tvořeného opakováním telomer. Konformace páteře DNA se výrazně liší od typické spirálové struktury.

Quadruplexní struktury

Na konci lineárních chromozomů jsou specializované oblasti DNA zvané telomery. Hlavní funkcí těchto oblastí je umožnit buňce replikovat chromosomové konce pomocí enzymu telomerázy, protože enzymy, které normálně replikují DNA, nemohou kopírovat extrémní 3 'konce chromozomů.51 Výsledkem je, že pokud chromozom postrádá telomery, bude se zkracovat pokaždé, když se replikuje. Tyto speciální chromozomové čepičky také pomáhají chránit konce DNA před exonukleázami a brání opravným systémům DNA v buňce, aby je považovaly za poškození, které má být opraveno.52 V lidských buňkách jsou telomery obvykle délky jednovláknové DNA obsahující několik tisíc opakování jednoduché sekvence TTAGGG.53

Tyto sekvence bohaté na guanin mohou stabilizovat chromozomové konce vytvářením velmi neobvyklých struktur naskládaných sad čtyřbázových jednotek, spíše než obvyklých párů bází nalezených v jiných molekulách DNA. Zde čtyři guaninové báze vytvářejí plochý talíř a tyto ploché čtyři základní jednotky se pak naskládají na sebe, aby vytvořily stabilní G-kvadruplex struktura.54 Tyto struktury jsou stabilizovány vodíkovou vazbou mezi okraji bází a chelatací kovového iontu ve středu každé čtyřbázové jednotky. Struktura znázorněná vlevo je pohled shora na kvadruplex vytvořený sekvencí DNA nalezenou v opakováních lidských telomer. Jeden řetězec DNA tvoří smyčku se sadami čtyř bází, které se skládají v centrálním kvadruplexu o tři desky hluboko. V prostoru ve středu naskládaných bází jsou tři chelátované draselné ionty.55 Mohou být také vytvořeny další struktury, přičemž centrální sada čtyř bází pochází buď z jediného pramene složeného kolem základen, nebo z několika různých paralelních pramenů, z nichž každá přispívá jednou základnou k centrální struktuře.

Kromě těchto naskládaných struktur telomery také vytvářejí struktury velké smyčky nazývané telomérové ​​smyčky nebo T-smyčky. Zde se jednovláknová DNA krouží v dlouhém kruhu stabilizovaném proteiny vázajícími se na telomeru.56 Na samém konci T-smyčky je jednovláknová telomerová DNA přidržována na oblasti dvouvláknové DNA tím, že telomerové vlákno narušuje dvoušroubovicovou DNA a párování bází s jedním ze dvou řetězců. Tato struktura s třemi vlákny se nazývá posunovací smyčka nebo D-smyčka.54

Chemické modifikace

cytosin5-methylcytosinthymine Struktura cytosinu s 5-methylovou skupinou a bez ní. Po deaminaci má 5-methylcytosin stejnou strukturu jako tymin

Základní úpravy

Exprese genů je ovlivněna chromatinovou strukturou chromozomu a oblasti heterochromatinu (nízká nebo žádná exprese genu) korelují s methylací cytosinu. Například pro inaktivaci X-chromozomů je důležitá methylace cytosinu pro produkci 5-methylcytosinu.57 Průměrná úroveň methylace se mezi organismy liší Caenorhabditis elegans postrádá methylaci cytosinu, zatímco obratlovci vykazují vyšší hladiny, až 1% jejich DNA obsahující 5-methylcytosin.58 Navzdory biologické úloze 5-methylcytosinu je náchylné k spontánní deaminaci, aby opustilo tyminovou bázi, a methylované cytosiny jsou proto mutačními hotspoty.59 Jiné modifikace báze zahrnují methylaci adeninu v bakteriích a glykosylaci uracilu za vzniku "J-báze" v kinetoplastidech.6061

Poškození DNA

Další informace: Mutace
Benzopyren, hlavní mutagen v tabákovém kouři, v aduktu k DNA.62

DNA může být poškozena mnoha různými druhy mutagenů. Patří mezi ně oxidační činidla, alkylační činidla a také vysoce energetické elektromagnetické záření, jako je ultrafialové světlo a rentgenové paprsky. Typ produkovaného poškození DNA závisí na typu mutagenů. Například UV světlo většinou poškozuje DNA produkcí dimerů tyminu, které jsou zesíťováním mezi sousedními pyrimidinovými bázemi v řetězci DNA.63 Na druhé straně oxidanty, jako jsou volné radikály nebo peroxid vodíku, způsobují mnohočetné formy poškození, včetně modifikací bází, zejména guanosinu, a také dvouřetězcové zlomy.64 Odhaduje se, že v každé lidské buňce denně utrpí oxidační poškození asi 500 bází.6566 Z těchto oxidačních lézí jsou nejnebezpečnější zlomení dvou řetězců, protože tyto léze se obtížně opravují a mohou způsobit bodové mutace, inzerce a delece ze sekvence DNA, jakož i chromozomální translokace.67

Mnoho mutagenů interkalovat do prostoru mezi dvěma sousedními páry bází. Interkalátory jsou většinou aromatické a planární molekuly a zahrnují ethidium, daunomycin, doxorubicin a thalidomid. Aby interkalátor zapadl mezi páry bází, musí se báze oddělit a deformovat řetězce DNA odvíjením dvojité šroubovice. Tyto strukturální změny inhibují jak transkripci, tak replikaci DNA, což způsobuje toxicitu a mutace. V důsledku toho jsou interkalátory DNA často karcinogeny, přičemž dobře známými příklady jsou benzopyrendiol epoxid, akridiny, aflatoxin a ethidium bromid.686970 Nicméně díky svým vlastnostem inhibující transkripci a replikaci DNA se také používají v chemoterapii k inhibici rychle rostoucích rakovinných buněk.71

Přehled biologických funkcí

DNA se obvykle vyskytuje jako lineární chromozomy v eukaryotech a kruhové chromozomy v prokaryotech. Soubor chromozomů v buňce tvoří jeho genom. Lidský genom má přibližně 3 miliardy párů bází DNA uspořádaných do 46 chromozomů.72

Informace přenášená DNA se uchovává v sekvenci kousků DNA nazývaných geny. Přenos genetické informace v genech je dosahován komplementárním párováním bází. Například při transkripci, když buňka používá informace v genu, je sekvence DNA zkopírována do komplementární sekvence RNA prostřednictvím přitahování mezi DNA a správnými nukleotidy RNA. Tato kopie RNA se obvykle používá k vytvoření odpovídající proteinové sekvence v procesu zvaném translace, který závisí na stejné interakci mezi RNA nukleotidy. Alternativně může buňka jednoduše kopírovat své genetické informace v procesu zvaném replikace DNA. Podrobnosti o těchto funkcích jsou uvedeny v jiných článcích; Zde se zaměřujeme na interakce mezi DNA a dalšími molekulami, které zprostředkovávají funkci genomu.

Struktura genomu

Další informace: Chromosome, Gene

Genomická DNA se nachází v buněčném jádru eukaryot a také v malém množství v mitochondriích a chloroplastech. V prokaryotoch je DNA držena uvnitř nepravidelně tvarovaného těla v cytoplazmě zvané nukleoid.73

Genetická informace v genomu je držena uvnitř genů. Gen je jednotka dědičnosti a je oblastí DNA, která ovlivňuje konkrétní charakteristiku v organismu. Geny obsahují otevřený čtecí rámec, který lze transkribovat, jakož i regulační sekvence, jako jsou promotory a enhancery, které řídí expresi otevřeného čtecího rámce.

U mnoha druhů kóduje protein jen malá část celkové sekvence genomu. Například pouze asi 1,5% lidského genomu sestává z exonů kódujících protein, přičemž více než 50% lidské DNA sestává z nekódujících repetitivních sekvencí.74 Důvody přítomnosti tolika nekódující DNA v eukaryotických genomech a mimořádné rozdíly ve velikosti genomu, nebo C-hodnota, mezi druhy představují dlouhodobou hádanku známou jako „hádanka s hodnotou C“.75

DNA sekvence, které nekódují protein, však stále mohou kódovat funkční nekódující molekuly RNA, které se podílejí na regulaci genové exprese.76

T7 RNA polymeráza (modrá) produkující mRNA (zelená) z DNA templátu (oranžová). Vytvořeno z PDB 1MSW.

Některé nekódující sekvence DNA hrají strukturní roli v chromozomech. Telomery a centromery obvykle obsahují málo genů, ale jsou důležité pro funkci a stabilitu chromozomů.77 Hojnou formou nekódující DNA u lidí jsou pseudogeny, což jsou kopie genů, které byly mutací deaktivovány.78 Tyto sekvence jsou obvykle jen molekulární fosílie, ačkoli mohou příležitostně sloužit jako surový genetický materiál pro vytváření nových genů prostřednictvím procesu genové duplikace a divergence.79

Přepis a překlad

Gen je sekvence DNA, která obsahuje genetické informace a může ovlivnit fenotyp organismu. V genu je sekvence bází podél řetězce DNA definována poselskou RNA sekvenci, která pak definuje jednu nebo více proteinových sekvencí. Vztah mezi nukleotidovými sekvencemi genů a aminokyselinovými sekvencemi proteinů je určen pravidly translace, souhrnně označovanými jako genetický kód. Genetický kód se skládá ze třípísmenných slov kodony vytvořený ze sekvence tří nukleotidů (např. ACT, CAG, TTT).

Při transkripci jsou kodony genu zkopírovány do RNA messenger RNA polymerázou. Tato kopie RNA je pak dekódována ribozomem, který čte sekvenci RNA párováním messengerové RNA pro přenos RNA, která nese aminokyseliny. Protože existují 3 základny v kombinaci 3 písmen, existuje 64 možných kodonů ( kombinace). Tyto kódují dvacet standardních aminokyselin, což dává většině aminokyselin více než jeden možný kodon. Existují také tři „stopové“ nebo „nesmyslné“ kodony označující konec kódovací oblasti; jedná se o kodony TAA, TGA a TAG.

Replikace DNA. Dvojitá spirála je odvíjena helikázou a topoisomerázou. Dále, jedna DNA polymeráza vytvoří kopii vedoucího řetězce. Další DNA polymeráza se váže na zaostávající řetězec. Tento enzym vytváří nespojité segmenty (nazývané fragmenty Okazaki) před tím, než je DNA ligáza spojí dohromady.

Replikace

Buněčné dělení je nezbytné pro růst organismu, ale když se buňka dělí, musí replikovat DNA ve svém genomu, aby obě dceřiné buňky měly stejnou genetickou informaci jako jejich rodič.

Dvouvláknová struktura DNA poskytuje jednoduchý mechanismus pro replikaci DNA. Zde jsou dva řetězce odděleny a potom je komplementární sekvence DNA každého řetězce znovu vytvořena enzymem zvaným DNA polymeráza. Tento enzym vytváří komplementární vlákno tím, že najde správnou bázi prostřednictvím párování komplementárních bází a naváže ji na původní vlákno. Protože DNA polymerázy mohou prodloužit řetězec DNA pouze ve směru 5 'až 3', používají se pro kopírování antiparalelních řetězců dvojité šroubovice různé mechanismy.80 Tímto způsobem základna na starém řetězci určuje, která báze se objevuje na novém řetězci, a buňka končí dokonalou kopií její DNA.

Interakce s proteiny

Všechny funkce DNA závisí na interakcích s proteiny. Tyto proteinové interakce mohou být nespecifické nebo se protein může specificky vázat na jednu sekvenci DNA. Enzymy se mohou také vázat na DNA a z nich jsou zvláště důležité polymerázy, které kopírují sekvenci bází DNA při transkripci a replikaci DNA.

Proteiny vázající DNA

Interakce DNA s histony (zobrazeny bíle, nahoře). Základní aminokyseliny těchto proteinů (vlevo dole, modré) se vážou na kyselé fosfátové skupiny na DNA (vpravo dole, červené).

Strukturální proteiny, které vážou DNA, jsou dobře známymi příklady nespecifických interakcí DNA-protein. V chromozomech je DNA držena v komplexech se strukturálními proteiny. Tyto proteiny organizují DNA do kompaktní struktury zvané chromatin. V eukaryotech tato struktura zahrnuje vazbu DNA na komplex malých základních bílkovin nazývaných histony, zatímco v prokaryotech se podílí více typů proteinů.8182 Histony tvoří diskovitý komplex zvaný nukleozom, který obsahuje dvě kompletní závity dvouvláknové DNA obalené kolem jejího povrchu. Tyto nespecifické interakce jsou vytvářeny prostřednictvím bazických zbytků v histonech vytvářejících iontové vazby na kyselý základní řetězec cukru a fosfátu DNA, a jsou proto do značné míry nezávislé na sekvenci bází.83 Chemické modifikace těchto bazických aminokyselinových zbytků zahrnují methylaci, fosforylaci a acetylaci.84 Tyto chemické změny mění sílu interakce mezi DNA a histony, díky čemuž je DNA více či méně přístupná transkripčním faktorům a mění rychlost transkripce.85 Další nespecifické proteiny vázající DNA, které se nacházejí v chromatinu, zahrnují proteiny skupiny s vysokou pohyblivostí, které se přednostně vážou na ohnutou nebo zkreslenou DNA.86 Tyto proteiny jsou důležité při ohýbání polí nukleosomů a jejich uspořádání do složitějších chromatinových struktur.87

Zřetelnou skupinou proteinů vázajících DNA jsou proteiny vázající se na jednovláknové DNA, které se specificky vážou na jednovláknové DNA. U lidí je replikační protein A nejlépe charakterizovaným členem této rodiny a je nezbytný pro většinu procesů, kde je dvojitá spirála oddělena, včetně replikace DNA, rekombinace a opravy DNA.88 Zdá se, že tyto vazebné proteiny stabilizují jednovláknovou DNA a chrání ji před vytvářením kmenových smyček nebo degradací nukleázami.

Transkripční faktor helix-turn-helix lambda represoru vázaný na svůj cíl DNA89

Oproti tomu se u jiných proteinů vyvinula specifická vazba na konkrétní sekvence DNA. Nejintenzivnější z nich jsou různé třídy transkripčních faktorů, což jsou proteiny regulující transkripci. Každý z těchto proteinů se váže na jednu konkrétní sadu sekvencí DNA, a tím aktivuje nebo inhibuje transkripci genů těmito sekvencemi v blízkosti svých promotorů. Faktory transkripce to dělají dvěma způsoby. Zaprvé se mohou vázat na RNA polymerázu zodpovědnou za transkripci, buď přímo, nebo prostřednictvím jiných mediátorových proteinů; to lokalizuje polymerázu v promotoru a umožňuje jí zahájit transkripci.90 Alternativně mohou transkripční faktory vázat enzymy, které modifikují histony v promotoru; tím se změní přístupnost templátu DNA k polymeráze.91

Protože se tyto cíle DNA mohou vyskytovat v celém genomu organismu, mohou změny v aktivitě jednoho typu transkripčního faktoru ovlivnit tisíce genů.92 V důsledku toho jsou tyto proteiny často cílem procesů přenosu signálu, které zprostředkovávají reakce na změny prostředí nebo buněčnou diferenciaci a vývoj. Specifičnost interakcí těchto transkripčních faktorů s DNA pochází z proteinů vytvářejících několik kontaktů s okraji DNA bází, což jim umožňuje „číst“ sekvenci DNA. Většina těchto vzájemných interakcí se provádí v hlavní drážce, kde jsou základny nejpřístupnější.93

Restrikční enzym EcoRV (zelený) v komplexu s jeho substrátovou DNA94

Enzymy modifikující DNA

Nukleázy a ligázy

Nukleázy jsou enzymy, které štěpí řetězce DNA katalyzováním hydrolýzy fosfodiesterových vazeb. Nukleázy, které hydrolyzují nukleotidy z konců řetězců DNA, se nazývají exonukleázy, zatímco endonukleázy se štěpí v řetězcích. Nejčastěji používanými nukleázami v molekulární biologii jsou restrikční endonukleázy, které štěpí DNA ve specifických sekvencích. Například enzym EcoRV zobrazený vlevo rozpoznává 6-bázovou sekvenci 5'-GAT | ATC-3 'a provede řez ve svislé linii.

V přírodě tyto enzymy chrání bakterie před fágovou infekcí štěpením fágové DNA, když vstoupí do bakteriální buňky, jako součást systému modifikace restrikcí.95 V technologii se tyto sekvenčně specifické nukleázy používají při molekulárním klonování a DNA otiscích prstů.

Enzymy zvané DNA ligázy se mohou znovu napojit na rozštěpené nebo zlomené řetězce DNA pomocí energie z adenosintrifosfátu nebo nikotinamidu adenin dinukleotidu.96 Ligázy jsou zvláště důležité při zpoždění replikace řetězce DNA, protože spojují krátké segmenty DNA produkované replikační vidličkou do úplné kopie šablony DNA. Používají se také při opravě DNA a genetické rekombinaci.96

Topoisomerázy a helikázy

Topoisomerázy jsou enzymy s nukleázovou i ligázovou aktivitou. Tyto proteiny mění množství supercoilingu v DNA. Některé z těchto enzymů pracují řezáním DNA šroubovice a umožněním rotace jedné sekce, čímž se snižuje její úroveň supercoilingu; enzym pak utěsní zlom DNA.38 Jiné typy těchto enzymů jsou schopny odříznout jednu šroubovici DNA a poté projít druhým řetězcem DNA přes toto přerušení, než se znovu připojí k šroubovici.97 Topoisomerázy jsou vyžadovány pro mnoho procesů zahrnujících DNA, jako je replikace DNA a transkripce.39

Helikózy jsou proteiny, které jsou typem molekulárního motoru. Používají chemickou energii v nukleosid trifosfátech, převážně ATP, k rozbití vodíkových vazeb mezi bázemi a uvolnění dvojité šroubovice DNA do jednotlivých řetězců.98 Tyto enzymy jsou nezbytné pro většinu procesů, kde enzymy potřebují přístup k bázím DNA.

Polymerázy

Polymerázy jsou enzymy, které syntetizují polynukleotidové řetězce z nukleosid trifosfátů. Fungují přidáním nukleotidů na 3 'hydroxylovou skupinu předchozího nukleotidu v řetězci DNA. V důsledku toho pracují všechny polymerázy ve směru 5 'až 3'.99 V aktivním místě těchto enzymů se páry nukleosid trifosfátového substrátu párují s jednovláknovým polynukleotidovým templátem: to umožňuje polymerázám přesně syntetizovat komplementární vlákno tohoto templátu. Polymerázy jsou klasifikovány podle typu šablony, kterou používají.

Při replikaci DNA vytvoří DNA-dependentní DNA polymeráza kopii DNA sekvence DNA. Přesnost je v tomto procesu životně důležitá, takže mnoho z těchto polymeráz má korektivní aktivitu. Zde polymeráza rozpoznává občasné chyby v syntézní reakci nedostatkem párování bází mezi neshodnými nukleotidy. Pokud je detekována neshoda, aktivuje se exonukleáza 3 'až 5' a nesprávná báze se odstraní.100 Ve většině organismů fungují DNA polymerázy ve velkém komplexu zvaném replikom, který obsahuje více pomocných podjednotek, jako je DNA svorka nebo helikázy.101

RNA-dependentní DNA polymerázy jsou specializovaná třída polymeráz, které kopírují sekvenci RNA řetězce do DNA. Zahrnují reverzní transkriptázu, což je virový enzym zapojený do infekce buněk retroviry a telomerázu, která je nutná pro replikaci telomer.10251 Telomeráza je neobvyklá polymeráza, protože obsahuje vlastní RNA templát jako součást své struktury.52

Transkripce je prováděna DNA-dependentní RNA polymerázou, která kopíruje sekvenci DNA řetězce do RNA. K zahájení transkripce genu se RNA polymeráza váže na sekvenci DNA nazývanou promotor a odděluje řetězce DNA. Potom zkopíruje genovou sekvenci do messenger RNA transkriptu, dokud nedosáhne oblasti DNA nazývané terminátor, kde se zastaví a odpojí od DNA. Jako u lidských DNA-dependentních DNA polymeráz, RNA polymeráza II, enzym, který přepisuje většinu genů v lidském genomu, funguje jako součást velkého proteinového komplexu s více regulačními a pomocnými podjednotkami.103

Genetická rekombinace

Struktura meziproduktu křižovatky Holliday v genetické rekombinaci. Čtyři samostatné řetězce DNA jsou zbarveny červenou, modrou, zelenou a žlutou.104
Další informace: Genetická rekombinace
Rekombinace zahrnuje rozbití a opětovné spojení dvou chromozomů (M a F) za vzniku dvou přeskupených chromozomů (C1 a C2).

Spirála DNA obvykle interaguje s jinými segmenty DNA a v lidských buňkách různé chromozomy dokonce zaujímají oddělené oblasti v jádru zvané „chromozomová území“.105 Tato fyzická separace různých chromozomů je důležitá pro schopnost DNA fungovat jako stabilní úložiště informací, protože jeden z mála interakcí chromozomů je během chromozomálního křížení, když se rekombinují. Chromozomální crossover je, když se dvě helixy DNA zlomí, zaměnit sekci a poté se znovu připojit.

Rekombinace umožňuje chromozomům vyměňovat si genetické informace a vytváří nové kombinace genů, které mohou být důležité pro variabilitu přidanou do populace, a tedy pro vývoj, a mohou být důležité pro rychlý vývoj nových proteinů.106 Genetická rekombinace se může také podílet na opravě DNA, zejména na reakci buněk na zlomky dvou řetězců.107

Nejběžnější formou křížení chromosomů je homologní rekombinace, kde dva zúčastněné chromozomy sdílejí velmi podobné sekvence. Nehomologní rekombinace může být pro buňky škodlivá, protože může produkovat chromozomální translokace a genetické abnormality. Rekombinační reakce je katalyzována enzymy známými jako rekombinázy, jako je RAD51.108 Prvním krokem při rekombinaci je dvouvláknové přerušení buď způsobené endonukleázou nebo poškozením DNA.109 Řada kroků katalyzovaných částečně rekombinázou pak vede ke spojení dvou helixů alespoň jedním Hollidayovým spojením, ve kterém je segment jednoho vlákna v každé šroubovici nasedán na komplementární řetězec v druhé šroubovici. Holliday křižovatka je čtyřstěnná křižovatka, která se může pohybovat podél dvojice chromozomů a zaměňovat jeden řetězec za druhý. Rekombinační reakce se potom zastaví štěpením spoje a re ligací uvolněné DNA.110

Vývoj metabolismu DNA

DNA obsahuje genetické informace, které umožňují fungování všech moderních živých věcí

Pin
Send
Share
Send