Vlákna DNA

Většina lidí viděla slavnou dvojitou šroubovici DNA – dvě vlákna DNA propletená jako spirálové schodiště. Všechny živé organismy mají DNA. Jednoduchí tvorové, jako jsou bakterie, mají jen jeden dlouhý kruhový kus DNA tvořený dvěma propletenými vlákny DNA. Lidský genom, soubor DNA u lidí, má mnohem více vláken DNA.

Většina lidské DNA je obvykle zabalena do 46 chromozomů umístěných v buněčném jádře, což je specializovaný prostor pro ukládání DNA. Každý z chromozomů v jádře se skládá ze dvou lineárních vláken DNA obtočených kolem sebe.

Lidské buňky obsahují také malé množství extrachromozomální DNA umístěné v jiné části buňky zvané mitochondrie. Tato mitochondriální DNA se podobá spíše bakteriální DNA – jedná se o jeden dlouhý kruhový kus DNA tvořený dvěma vlákny DNA.

Vlákno DNA je dlouhá a tenká molekula – v průměru je široké jen asi dva nanometry (neboli dvě miliardtiny metru). To je tak tenké, že lidský vlas je asi 40 000krát širší. Neuvěřitelná tenkost vláken DNA umožňuje, aby byla velmi těsně zabalena, protože jinak by se většina molekul DNA do buněk nevešla.

Pro představu, kdybyste natáhli každé vlákno DNA obsažené v jediné lidské buňce od konce ke konci, měřilo by na délku téměř dva metry, tedy asi 6,6 stopy. Pokud by jádro buňky bylo velké jako baseballový míček, odpovídalo by to 8,3 míle DNA napěchované uvnitř.

Části vlákna DNA

Bez ohledu na délku a umístění v buňce mají všechna vlákna DNA společnou strukturu. Všechna se skládají ze stavebních bloků zvaných nukleotidy, které jsou pospojovány do řady. Samotné nukleotidy se skládají ze tří spojených částí: molekuly cukru, fosfátové skupiny a dusíkaté báze.

Cukry jednoho nukleotidu se spojují s fosfáty sousedního nukleotidu a tvoří vnější část vlákna DNA, známou jako cukr-fosfátová páteř. Vnitřek vlákna DNA tvoří dusíkaté báze. Tyto báze se k sobě vážou v párech a vytvářejí slabé vazby, které nicméně drží obě vlákna DNA ve dvojité šroubovici pohromadě. Jejich sekvence kóduje genetickou informaci organismu.

Jak jsou dvě vlákna DNA držena pohromadě?

Dvě vlákna DNA ve dvojité šroubovici drží pohromadě díky párování dusíkatých bází v nukleotidech každého vlákna. Dusíkatou bází nukleotidu DNA může být jedna ze čtyř různých molekul: adenin (A), guanin (G), thymin (T) a cytosin (C). Páry dusíkatých bází na protilehlých vláknech drží pohromadě přitažlivost zvaná vodíková vazba, která se vyskytuje ve specifickém vzorci.

Každý adenin na jednom vlákně DNA vytváří dvě vodíkové vazby s molekulou thyminu na komplementárním vlákně a naopak. A každá molekula guaninu na jednom vlákně vytváří tři vodíkové vazby s molekulou cytosinu na druhém vlákně a naopak. Tímto způsobem jsou obě vlákna DNA slepena vodíkovými vazbami po celé své délce a vytvářejí „stupně“ spirálovitého schodiště, kterým je dvojitá šroubovice.

Proč musí být vlákna DNA antiparalelní?

Dvě komplementární vlákna DNA, která tvoří dvouvláknovou část DNA, jsou popsána jako vzájemně antiparalelní. Termín antiparalelní znamená, že obě vlákna jsou sice fyzicky rovnoběžná, ale vedou v opačných směrech – podobně jako pravý a levý jízdní pruh na ulici.

Jinými slovy, tam, kde páteř jednoho vlákna DNA začíná molekulou cukru a končí fosfátovou skupinou, páteř jeho komplementárního vlákna začíná fosfátovou skupinou a končí molekulou cukru. Díky antiparalelní orientaci obou vláken DNA je DNA strukturně stabilnější a umožňuje komplementární párování bází, které drží vlákna DNA pohromadě.

Směr každého vlákna DNA je významný pro proces kopírování DNA (replikace DNA) a čtení informací obsažených v genech DNA (transkripce), protože buňky mohou číst DNA pouze v jednom směru. Stejně jako my čteme text pouze zleva doprava, buňky čtou DNA pouze tak, že začínají na cukerném konci páteře a končí na fosfátovém konci.