DNA syntéza

DNA syntéza prebieha ako súčasť replikácie DNA. DNA je nosičom genetických informácií a riadi všetky životné procesy. U ľudí, tak ako vo všetkých ostatných živých veciach, je umiestnený v jadre bunky. DNA je dvojvláknová, podobná krútenému rebríkovému rebríku zvanému špirála. Táto dvojitá špirála pozostáva z dvoch molekúl DNA. Každý z týchto dvoch komplementárnych vlákien je tvorený kostrou molekúl cukru (deoxyribóza) a fosfátovými zvyškami, na ktoré sú naviazané štyri organické dusíkaté bázy guanín, adenín, cytozín a tymín. Tieto dva reťazce sú navzájom viazané vodíkovými väzbami medzi protiľahlými, takzvanými komplementárnymi bázami. Podľa princípu komplementárneho párovania báz sú možné iba väzby medzi guanínom a cytozínom na jednej strane a adenínom a tymínom na druhej strane.

Čo je syntéza DNA?

Aby sa DNA mohla replikovať, je nevyhnutný proces syntézy DNA. Opisuje štruktúru kyseliny deoxyribonukleovej (skrátene DNA alebo DNA). Kľúčovým enzýmom je tu DNA polymeráza. Toto je jediný spôsob, ako je možné delenie buniek.

Na replikáciu sú krútené dvojreťazce DNA najprv viazané enzýmami, takzvanými helikázami a topoizomerázami, a tieto dva jednotlivé vlákna sú navzájom oddelené. Táto príprava na skutočnú replikáciu sa nazýva iniciácia. Teraz sa syntetizuje časť RNA, ktorú DNA polymeráza potrebuje ako východiskový bod pre svoju enzymatickú aktivitu.

Počas následného predĺženia (predĺženie vlákna) môže DNA polymeráza použiť každý jednotlivý reťazec ako templát na syntézu komplementárnej protikusovej DNA. Pretože jedna zo zásad sa môže viazať iba na jednu ďalšiu bázu, je možné použiť jeden reťazec na rekonštrukciu druhého pridruženého reťazca. Toto priradenie komplementárnych báz je úlohou DNA polymerázy.

Kostra cukru a fosfátu nového vlákna DNA je potom spojená ligázou. Takto sa vytvoria dva nové dvojité reťazce DNA, z ktorých každý obsahuje reťazec zo starej špirály DNA. Nová dvojitá špirála sa preto nazýva polokonzervatívna.

Oba vlákna dvojitej špirály majú polaritu, ktorá naznačuje orientáciu molekúl. Smer týchto dvoch molekúl DNA v skrutkovice je opačný. Pretože DNA polymeráza pracuje iba v jednom smere, môže sa kontinuálne budovať iba reťazec, ktorý je v správnej orientácii. Druhý reťazec je syntetizovaný po častiach. Výsledné segmenty DNA, tiež známe ako fragmenty Okazaki, sa potom ligáciou spoja.Ukončenie syntézy DNA pomocou rôznych kofaktorov je známe ako ukončenie.

Funkcia a úloha

Pretože väčšina buniek má len obmedzenú životnosť, nové bunky sa musia v tele neustále tvoriť prostredníctvom delenia buniek, aby sa nahradili tie, ktoré umierajú. Napríklad červené krvinky v ľudskom tele majú priemernú životnosť 120 dní, zatiaľ čo niektoré črevné bunky sa musia po jednom alebo dvoch dňoch nahradiť novými bunkami. To si vyžaduje rozdelenie mitotických buniek, pri ktorom sa z materskej bunky vytvoria dve nové identické dcérske bunky. Obidve bunky potrebujú kompletnú sadu génov, čo znamená, že na rozdiel od iných bunkových zložiek sa nemôže jednoducho rozdeliť. Aby sa počas delenia nestratili žiadne genetické informácie, musí sa DNA pred delením zdvojnásobiť („replikovať“).

K deleniu buniek dochádza aj počas dozrievania zárodočných buniek samcov a samičiek (vajíčok a spermií). V meiotických rozdeleniach, ktoré sa uskutočňujú, sa DNA nedvojnásobí, pretože je žiaduce zníženie na polovicu DNA. Keď sa vajíčka a spermie spoja, znova sa dosiahne úplný počet chromozómov, stav balenia DNA.

DNA je nevyhnutná pre fungovanie ľudského tela a všetkých ostatných organizmov, pretože je základom pre syntézu proteínov. Kombinácia troch po sebe nasledujúcich báz predstavuje jednu aminokyselinu, a preto sa označuje ako kód tripletu. Každý bázový triplet je "translatovaný" na aminokyselinu prostredníctvom messengerovej RNA (mRNA); tieto aminokyseliny sú potom spojené s proteínmi v bunkovej plazme. MRNA sa líši od DNA iba v jednom atóme vo zvyšku cukru v kostre av niekoľkých bázach. MRNA slúži hlavne ako informačný nosič na prenos informácií uložených v DNA z bunkového jadra do bunkovej plazmy.

Choroby a choroby

Organizmus, ktorý nie je schopný syntézy DNA, by nebol životaschopný, pretože nové bunky sa musia tvoriť delením buniek počas embryonálneho vývoja. Chyby v syntéze DNA, tj jednotlivé nesprávne inkorporované bázy, ktoré nedodržiavajú princíp komplementárneho párovania báz, sa vyskytujú pomerne často. Z tohto dôvodu majú ľudské bunky opravné systémy. Sú založené na enzýmoch, ktoré kontrolujú dvojreťazcové DNA a korigujú nesprávne vložené bázy pomocou rôznych mechanizmov.

Na tento účel môže byť napríklad oblasť okolo nesprávnej základne vyrezaná a prestavaná podľa vysvetleného princípu syntézy. Ak sú však systémy na opravu DNA bunky defektné alebo preťažené, môžu sa akumulovať nesúlady báz, známe ako mutácie. Tieto mutácie destabilizujú genóm, a tak zvyšujú pravdepodobnosť nových chýb v priebehu syntézy DNA. Hromadenie takýchto mutácií môže viesť k rakovine. Mutácia dáva niektorým génom účinok podporujúci rakovinu (zisk funkcie), zatiaľ čo iné gény strácajú ochranný účinok (strata funkcie).

V niektorých bunkách je však zvýšená miera chybovosti dokonca žiaduca, aby sa stali adaptabilnejšie, napríklad v určitých bunkách ľudského imunitného systému.