Kde DNA najdeme, z čeho je složená a jak vypadá?

Deoxyribonukleová kyselina (z anglického DeoxyriboNucleic Acid, tedy DNA) je uložená v buňkách organismu. 

V případě jednobuněčných bakterií a tzv. archea je jejich genom volně uložen v buňce. U eukaryotických organismů, kam patří i živočichové, rostliny či houby, je genom uložen především v jádře buňky. Pokud je organismus mnohobuněčný, tak je tento genom téměř ve všech jeho buňkách identický.

V buňkách eukaryotických organismů je kromě jádra, kde je tzv. jaderná DNA, spousta dalších funkčních útvarů (organel), které zajišťují látkovou výměnu, dorozumívání, či dělení buňky. Vlastní DNA mají mitochondrie, které jsou v buňkách takovými „továrnami na energii“. Anebo plastidy, kam patří například chloroplasty, které zajišťují fotosyntézu u rostlin a dalších organismů. V těchto organelách se vyskytuje tzv. mimojaderná DNA, která je taktéž dědičná a zároveň se hojně využívá v molekulárně genetickém výzkumu.

U eukaryotických buněk je DNA uložená v jádru buňky ve formě chromozomů.

DNA je uložena v jádře eukaryotických buněk velmi důmyslným způsobem ve formě chromozomů, jejichž počet, velikosti i tvary jsou v rámci druhu stálé. Člověk má 46 chromozomů, respektive 23 párů, které tak tvoří dvě sady (označujeme 2n). Jednu z nich získává od matky, druhou pak od otce. Jeden z těchto párů je pohlavní. U mužů jsou pohlavní chromozomy v kombinaci XY a u žen XX. 

 

22 párů lidských chromozomů a jeden pár pohlavních chromozomů XY, který se vyskytuje u mužů. U žen se vyskytují pohlavní chromozomy v kombinaci XX.

V určitých oblastech DNA je přímo zakódována informace sloužící ke stavbě proteinů. Těmto oblastem říkáme geny. Odhaduje se, že v lidské DNA najdeme více než 20 tisíc genů. Základním stavebním prvkem DNA dvoušroubovice jsou nukleotidy. V lidském genomu jich je okolo 3,3 miliardy. Pokud bychom natáhli veškerou DNA (genom) jedné lidské buňky do přímky, měla by délku více než dva metry. V případě všech buněk v lidském těle by se celková délka veškeré DNA rovnala přibližně čtyřnásobné vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem.

Genom mezi jedinci téhož druhu se vždy do určité míry liší. V případě dvou nepříbuzných lidí jde zhruba o 0,6 % rozdílů v rámci celé DNA, tedy kolem 20 milionů odlišných nukleotidů. Pokud bychom porovnali lidský genom s genomem šimpanze, což je náš nejbližší žijící příbuzný, dobrali bychom se k celkovému rozdílu přibližně 3 %.

Mimojaderná DNA

DNA se v mitochondriích a plastidech vyskytuje v podobě kruhovité molekuly, nikoliv chromozomu. Její studium v molekulární genetice je výhodné především díky její četnosti, jelikož v jedné buňce častokrát narazíme na velký počet zmíněných organel. Dejme tomu ve svalovině bývá stovky mitochondrií a každá má identickou DNA. Výhoda je i v její výrazně kratší délce. Například mitochondriální DNA u člověka čítá přibližně 16–17 tisíc nukleotidů. V tomto typu DNA navíc dochází poměrně rychle ke změnám nukleotidů, neboli mutacím, a tudíž se sekvence z této DNA hodí třeba k rozlišení příbuzných druhů od sebe.

Z čeho je složená DNA?

DNA je tvořena dvěma řetězci, přičemž v každém z nich se střídají dvě stavební jednotky: fosforečnan (fosfát) a cukr (deoxyribóza). Tyto molekuly tvoří samotné páteře řetězců. Na každém cukru je pak navázána nukleová báze a celku fosfát + cukr + nukleová báze říkáme nukleotid. Nukleotidy jsou tedy základními stavebními kameny celé DNA.

Celkem máme čtyři typy nukleotidů, které se vzájemně liší právě nukleovou bází. Těmto bázím říkáme adenin (A), cytosin (C), guanin (G) a thymin (T). Samotné pořadí nukleových bází v řetězcích DNA dvoušroubovice vytváří tzv. DNA sekvenci, která již může něco kódovat v podobě genu.

 

Chemická struktura nukleotidů. Platí pravidlo komplementarity, kde adenin se váže pouze s thyminem a guanin s cytosinem. Nukleotidy jsou vzájemně pospojovány vodíkovými můstky.

Řetězce DNA se spojují do již známé dvoušroubovice, která je pravotočivá a v průměru má pouhých 20 nanometrů, což je zhruba 2000–4000× méně, než je tloušťka lidského vlasu (42–95 mikrometrů). Vzdálenost mezi jednotlivými nukleotidy se pohybuje kolem 3,4 nanometrů. Na molekule DNA můžeme také pozorovat tzv. malé a velké žlábky, které jsou dány samotnou strukturou molekuly.

Jak vypadá DNA?

DNA řetězce se do dvoušroubovice spojují pomocí nukleových bází. Tvoří se mezi nimi takzvané vodíkové můstky, avšak adenin takto páruje pouze s thyminem, kdežto guanin páruje pouze s cytosinem. Tomuto jevu říkáme komplementarita bází a díky tomu lze podle jednoho řetězce DNA přesně říct, jak bude vypadat řetězec protější. 

Ne vždy se DNA vyskytuje v podobě dvoušroubovice. Nacházení odlišných struktur DNA je doménou výzkumů posledních let. Například v roce 2018 objevil tým vědců pod vedením Daniela Christa novou strukturu této molekuly v lidských buňkách. Jde o tzv. i-motif, jehož podobu si můžete prohlédnout na schématu. O jeho existenci se vědělo už v devadesátých letech minulého století. Šlo ale o experimentální pozorování v laboratoři mimo živé buňky. Až v roce 2018 byl i-motif nalezen v živých lidských buňkách.

Zdroj: Zeraati a kolektív (Nature, 2018)