DNK

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Další názvy

DNK, deoxyribonucleic acid

Charakteristika

DNA je nukleová kyselina a nositelka genetické informace téměř všech organismů (výjimkou jsou některé RNA viry). U eukaryot je uložena převážně v buněčném jádře (část také v mitochondriích a plastidech), u prokaryot volně v cytoplazmě (nukleoid). Tvoří ji polymer nukleotidů (deoxyribóza + fosfát + báze A, G, C, T).

Struktura

• Primární: pořadí nukleotidů (píše se ve směru 5’→3’).
• Sekundární: nejčastěji pravotočivá dvoušroubovice (B-DNA); párování bází A–T (2 H-můstky) a G–C (3 H-můstky); vlákna jsou antiparalelní.
• Další konformace: A-DNA, Z-DNA, G-kvartety (telomery), troj-/čtyřvláknové uzly (Hollidayův spoj).
• Terciární: supercoiling (nadšroubovicové vinutí) a vyšší úrovně kondenzace (u eukaryot nukleozomy → chromatin → chromozomy).

Vlastnosti

• Polární, negativně nabitá (fosfáty), dobře rozpustná ve vodě, v ethanolu se sráží.
• Absorbance 260 nm, denaturace vede k hyperchromnímu efektu.
• Stabilní makromolekula; v buňkách se replikuje semikonzervativně a podléhá opravám.

Funkce

• Zápis a přenos genetické informace (geny, regulační oblasti, také rozsáhlé nekódující úseky).
• Centrální dogma: DNA → (transkripce) → RNA → (translace) → bílkoviny.
• Genetický kód: trojice bází (kodon) určuje aminokyselinu.

Historie

• 1869 F. Miescher – „nuklein“.
• 1944 Avery–MacLeod–McCarty – DNA jako genetický materiál.
• 1952 Hershey–Chase.
• 1953 Watson & Crick – model dvoušroubovice (na základě rentgenových dat R. Franklinové a kol.).
• 1957–1960s Crick – centrální dogma; Meselson–Stahl – semikonzervativní replikace; rozluštění genetického kódu (Khorana, Holley, Nirenberg).

Práce s DNA (laboratoř)

• Izolace a čištění (detergenty, enzymy; srážení ethanolem).
• Separace: agarózová elektroforéza, pulzní gel, gradient CsCl.
• Barvení: ethidiumbromid, DAPI, Hoechst, SYBR aj.
• Sekvenování: Sanger, metody nové generace (NGS).
• Amplifikace a syntéza: PCR, klonování, chemická syntéza oligonukleotidů.

Význam a aplikace

• Medicína: diagnostika infekcí (PCR/NGS), genetická onemocnění, onkologie, prenatální testy.
• Forenzní genetika: STR/VNTR profily (testy příbuznosti, kriminalistika).
• Biotechnologie a zemědělství: genetické inženýrství, transgenní organismy.
• Systematika a evoluce: fylogenetika, molekulární hodiny.
• Paleogenetika: analýza staré DNA (časové limity zachování, ale průlomové nálezy u „mladších“ fosilií).

Poznámky a limity

• RNA viry ukládají informaci v RNA (vyšší mutační rychlost).
• Velká část genomu je nekódující; část z ní má regulační funkce (regulační RNA, enhancery).
• Etické a právní otázky: ochrana genetických dat, zásahy do genomu (CRISPR aj.).