Dezoksiribonukleinska kiselina

Dezoksiribonukleinska kiselina ili DNK primarni je genetički materijal. To je polimer sastavljen od dva polinukleotidna lanca koji se motaju jedan oko drugog i formiraju dvostruku spiralu. Polimer nosi genetičke upute za razvoj, funkcioniranje, rast i reprodukciju svih poznatih organizama i mnogih virusa. DNK i ribonukleinska kiselina (RNK) su nukleinske kiseline. Uz proteine, lipide i složene ugljikohidrate (polisaharide), nukleinske kiseline su jedan od četiri glavna tipa makromolekula koje su neophodne za sve poznate oblike života. Ona je osnovni nositelj genetičke informacije (gena) u sveukupnom živom svijetu, a izuzeci u tom pogledu (kao neki virusi) kod kojih tu ulogu ima RNK prava su rijetkost. S druge strane, najvažnija uloga RNK je u procesima ostvarivanja funkcije gena (genetičke poruke). DNK se uglavnom nalazi u jedru (u hromosomima) i samoobnavljajućim vanjedarnim strukturama.^{[1][2][3][4][5]}

U strukturi dvojne zavojnice DNK zapisana je genetička informacija
za kontrolu građe i funkcija ogromne većine živih bića.

Dužina ukupne DNK u jednoj ćeliji se kod čovjeka procjenjuje na 174 cm.^[6][7]

Struktura i funkcija

DNK se sastoji iz dva paralelna polinukleotidna lanca, koji se međusobno i oko zamišljene zajedničke osi uvijaju u dvojnu spiralu. Prema tome, svaki molekul DNK, ustvari, sadrži dva polimerna polulanca, čije su monomere dezoksiribonukleotidi. Takva prostorna struktura molekule DNK slikovito se može predočiti u vidu spiralno savitljivih ljestvi, sastavljenih od dvije uzdužne paralelne vrpce, spojene nizom (također parelelnih) prečki. Osobenost svakog nukleotida određuje prisutna dušična baza, budući da se ona javlja u četiri različite varijante, dok su njegove ostale dvije komponente uvijek istovjetne: pentozni šećer dezoksiriboza i fosfatna grupa. Od dušičnih baza u nukleotidima DNK se alternativno nalaze:

• purini: adenin (A) i guanin (G), i
• pirimidini: citozin (C) i timin (T), po kojima se i cijele strukture označavaju kao adeninski, guaninski, citozinski i timinski nukleotidi. Unutar molekule nukleotida središnji položaj ima šećer, a pošto se za njega dušična baza prema komplementarnom polulancu veže bočno, skelet polinukleotidnog lanca čini naizmjenični slijed karika: dezoksiriboza – fosfatna grupa – dezoksiriboza – fosfatna grupa – itd. Jedan zavoj spirale čini dio polulanca od 10 parova pentoza – fosfatna grupa veličine 3,4 nm. Dva ovakva polulanca nukleotida međusobno su spojena paralelnim "prečkama" – vodikovim vezama preko komplementarnih azotnih baza istog nivoa. Ova komplementarnost je dosljedna cijelom dužinom polimera, a ogleda se u tome što se adenin uvijek veže s timinom, a guanin s citozinom, sa četiri moguće varijante veza među polu-lancima DNK:

A–T i T–A,
te

G–C i C-G.

Imajući u vidu tu pravilnost, redoslijed nukleotida u jednom polu-lancu precizno je uvjetovan i određen komplementarnim nizom njegovog parnjaka. Prema toj genetičkoj konstanti, ukupni broj molekula adenina u svakom lancu DNK (pa i u ćeliji i organizmu) jednak je broju molekula timina, a guanina ima onoliko koliko i citozina. Stalnost ukupne količine DNK po jednoj ćeliji je jedna od osnovnih genetičkih karakteristika svake vrste organizma, što se odnosi i na međusobni omjer A–T i G–C nukleotidnih parova. Ova struktura i organizacija genetičkog materijala na molekulskom nivou omogućava tri njegove najbitnije i osobene biološke funkcije, a to su:

• Autokataliza – autoreprodukcija – proizvodnja sopstvenih kopija; Autoreprodukcija DNK se zasniva na njenoj autokatalitičkoj sposobnosti samoponavljanja, tj. da kontrolira produkciju sopstvenih kopija. Pritom novonastali lanci imaju izvorni raspored nukleotida, odnosno gena. Nakon podjele dvolančane molekule DNK na dva polulanca (u toku ćelijske diobe), svaki od njih, od slobodnih nukleotida, "nadoknađuje" komplementarni polinukleotidni lanac. Tako se svaki potomački molekul DNK, ustvari, sastoji od jednog izvornog roditeljskog i jednog novosintetiziranog komplementarnog polulanca (parnjaka), što je poznato kao semikonzervativna replikacija.
• Heterokataliza - kontrola procesa metabolizma – proizvodnja drugih supstanci; Heterokatalitička funkcija DNK, tj. genetička kontrola procesa metabolizma, a preko toga i svih individualnih svojstava, počiva na kontroli sinteze bjelančevina. Naime, tročlani nukleotidni slijed u DNK molekuli (triplet) predstavlja genetičku informaciju za ugradnju određene aminokiseline (gradivne komponente polipeptida) u polipeptidni lanac. Ova heterokatalitička funkcija genetičkog materijala i bjelančevina – kao njegovih “diriginiranih” posrednika – omogućava kontrolu svih ostalih struktura i funkcija ćelije i organizma, u procesu ontogeze i formiranja individualnih osobina (razvoja fenotipa).
• Mutabilnost (promjenljivost) se ogleda u mogućnosti mijenjanja strukture genetičke informacije, tj. kvalitativnih i kvantitativnih izmjena u genomu. Na toj pojavi počiva cjelokupni biodiverzitet na Zemlji, od prvih reproducibilnih molekula do daleke budućnosti.

Također pogledajte

• Biologija
• Genetika

Reference

1. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
2. Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.
3. Hadžiselimović R. (1986): Uvod u teoriju antropogeneze. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.
4. Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.
5. Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
6. Mark F., Bowman J. L. (2011): Genetic analysis; An integrated approach. Benjamin/Cummings, San Francisco, ISBN 13:978-0-321-73250-7; ISBN 10:0-321-73250-2.
7. Krebs J. E., Goldstein E. S., Kilpatrick S., T. (2014): Lewin's Genes XI. Jones & Bartlett Publishing, Burlington, ISBN 0-13-978-1449 pogrešan ISBN.

Vanjski linkovi

• Nauka 50: DNK (RTS Obrazovno-naučni program - Zvanični kanal)
• "Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids", Watson J. D. i Crick F. H. C; pristupljeno: 25. 4. 2013 (en)
• "Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate", Franklin R. i Gosling R. G; pristupljeno: 25. 4. 2013 (en)
• "Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids", Wilkins M. H. F., Stokes A. R. i Wilson, H. R; pristupljeno: 25. 4. 2013 (en)