Budowa i rola kwasów nukleinowych
DNA to materiał genetyczny wszystkich organizmów i niektórych wirusów. Określa on strukturę białek oraz cząsteczek RNA, które z kolei decydują o cechach organizmu. Podstawową jednostką budulcową DNA jest nukleotyd, składający się z reszty fosforanowej, deoksyrybozy (cukru) i zasady azotowej.
Zasady azotowe dzielimy na puryny (adenina, guanina) oraz pirymidyny (tymina, cytozyna). Zgodnie z regułą Chargaffa, ilość adeniny jest równa ilości tyminy, a ilość cytozyny równa ilości guaniny. Nukleotydy połączone są wiązaniami fosfodiestrowymi, tworząc podwójną helisę utrzymywaną przez wiązania wodorowe między komplementarnymi zasadami .
RNA pełni różne funkcje w komórce: mRNA przenosi informację genetyczną, tRNA transportuje aminokwasy, rRNA buduje rybosomy, a miRNA reguluje ekspresję genów. W przeciwieństwie do DNA, RNA zawiera rybozę zamiast deoksyrybozy oraz uracyl zamiast tyminy.
💡 Ważną cechą DNA jest antyrównoległość – koniec 5' jednej nici zawsze znajduje się naprzeciwko końca 3' drugiej nici. To ma kluczowe znaczenie podczas replikacji!
Replikacja DNA
Replikacja DNA jest kluczowa dla przekazywania informacji genetycznej komórkom potomnym. Proces ten charakteryzuje się semikonserwatywnym mechanizmem – każda nowa cząsteczka zawiera jedną starą nić (matrycową) i jedną nowo syntezowaną.
W procesie replikacji uczestniczy wiele enzymów: helikaza rozplata podwójną helisę, prymaza tworzy startery RNA, polimeraza DNA katalizuje syntezę nowych nici, ligaza łączy fragmenty DNA, a telomeraza odbudowuje końce chromosomów.
Replikacja przebiega w trzech etapach. Podczas inicjacji białka regulatorowe przyłączają się do miejsca "ori", tworząc oczko replikacyjne. W fazie elongacji helikaza rozplata DNA, a polimeraza dobudowuje nowe nukleotydy, przy czym nić wiodąca syntetyzowana jest w sposób ciągły, a nić opóźniona powstaje z fragmentów Okazakiego. Proces kończy terminacja, gdy białka replikacyjne odłączają się od DNA.
Kierunkowość replikacji
Synteza DNA zawsze zachodzi w kierunku 5' → 3'. Ponieważ nici DNA są antyrównoległe, nić wiodąca może być syntezowana w sposób ciągły zgodnie z kierunkiem ruchu widełek replikacyjnych. Natomiast nić opóźniona musi być tworzona w krótkich fragmentach (fragmenty Okazakiego) w kierunku przeciwnym.
Polimeraza DNA nie może rozpocząć syntezy "od zera" – potrzebuje wolnej grupy 3'-OH. Dlatego prymaza tworzy krótkie odcinki RNA (startery), od których polimeraza rozpoczyna syntezę. Potem startery są usuwane przez polimerazę I i zastępowane fragmentami DNA, a ligaza łączy je w ciągły łańcuch.