Deoxyribonukleová kyselina

Rozbalit box

Obsah boxu

Deoxyribonukleová kyselina (zkratka DNA, z anglického deoxyribonucleic acid) je molekula, která slouží jako nositelka genetické informace u všech známých živých organismů a mnoha virů. Obsahuje všechny nezbytné instrukce pro jejich růst, vývoj, správnou funkci a rozmnožování. DNA je klíčová pro dědičnost, protože umožňuje předávání genetických znaků z jedné generace na druhou.

---

Struktura DNA

Molekula DNA je typicky tvořena dvěma dlouhými, do šroubovice stočenými polynukleotidovými řetězci, které tvoří tzv. dvojitou šroubovici (double helix). Tuto strukturu popsali v roce 1953 James Watson a Francis Crick na základě prací Maurice Wilkinse a Rosalind Franklinové.

Stavební jednotky: Nukleotidy

Každý řetězec DNA je polymerem složeným z opakujících se jednotek nazývaných nukleotidy. Každý nukleotid se skládá ze tří hlavních částí:

Deoxyribóza: Pětiuhlíkatý cukr, který tvoří páteř řetězce.
Fosfátová skupina: Spojuje jednotlivé cukerné jednotky v řetězci.
Dusíkatá báze: Jsou čtyři typy dusíkatých bází v DNA, které představují "písmena" genetického kódu:
- Puriny:
  - Adenin (A)
  - Guanin (G)
- Pyrimidiny:
  - Cytosin (C)
  - Thymin (T)

Dvojitá šroubovice

Dva polynukleotidové řetězce v DNA jsou vůči sobě antiparalelní, což znamená, že běží opačnými směry (jeden řetězec má orientaci 5'→3' a druhý 3'→5'). Jsou spojeny prostřednictvím vodíkové vazby|vodíkových můstků mezi specifickými dusíkatými bázemi:

Adenin (A) se vždy páruje s Thyminem (T) pomocí dvou vodíkových můstků (A=T).
Guanin (G) se vždy páruje s Cytosinem (C) pomocí tří vodíkových můstků (G≡C).

Toto specifické párování bází (tzv. komplementarita bází) je klíčové pro funkci DNA, zejména pro její replikaci a přenos genetické informace.

---

Funkce DNA

Primární funkcí DNA je **uchovávání a přenos genetické informace**. Tato informace je zakódována v sekvenci (pořadí) dusíkatých bází podél řetězce DNA a slouží jako "návod" pro tvorbu všech bílkovin a RNA molekul, které jsou nezbytné pro život buňky a celého organismu.

Hlavní procesy, které zajišťují funkci DNA, jsou:

Replikace: Proces zdvojení molekuly DNA, který zajišťuje, že při dělení buněk získá každá dceřiná buňka přesnou kopii genetické informace. Je to základní mechanismus dědičnosti.
Transkripce: Přepis genetické informace z DNA do molekuly RNA, konkrétně do mRNA (messenger RNA). Tento proces probíhá v jádře (u eukaryot) nebo v cytoplazmě (u prokaryot).
Translace: Překlad informace z mRNA do sekvence aminokyselin, čímž vznikají bílkoviny. Tento proces probíhá na ribozomech v cytoplazmě.

Úseky DNA, které nesou informaci pro tvorbu bílkovin nebo funkčních RNA, se nazývají geny. Celý soubor genetické informace v organismu se pak nazývá genom. U eukaryotických organismů je většina DNA uspořádána do struktur zvaných chromozomy v buněčném jádře. Malé množství DNA se nachází také v mitochondriích a u rostlin v chloroplastech.

---

Historie objevu

1869: Švýcarský lékař Friedrich Miescher jako první izoloval nebílkovinnou látku z jader buněk, kterou nazval "nuklein". Později bylo zjištěno, že se jedná o kyselinu.
Začátek 20. století: Byly identifikovány jednotlivé složky DNA (cukry, fosfáty, dusíkaté báze).
1944: Oswald Avery a jeho tým experimentálně prokázali, že DNA je nositelkou genetické informace.
1952: Alfred Hershey a Martha Chase potvrdili, že DNA, nikoli bílkoviny, je dědičným materiálem.
1953: James Watson a Francis Crick, s využitím rentgenových difrakčních snímků Rosalind Franklinové a dat Maurice Wilkinse, publikovali model dvojité šroubovice DNA. Za tento objev získali v roce 1962 Nobelovu cenu (Franklinová zemřela před udělením ceny).

---

Význam DNA v moderní vědě a medicíně (k červnu 2025)

Porozumění DNA a její funkci revolučním způsobem ovlivnilo mnoho vědeckých oborů a otevřelo nové možnosti v medicíně, biotechnologii a forenzní vědě.

Genetika a genomika

Mapování genomu: Projekt Lidský genom dokončený v roce 2003 (a dále zpřesňovaný) zcela změnil pohled na lidskou genetiku. Dnes se pokračuje v mapování genomů tisíců organismů.
Genetické testování: Umožňuje diagnostiku dědičných chorob, určení predispozic k některým onemocněním a zjišťování původu.
Genomika a personalizovaná medicína: V roce 2025 se stále více rozvíjí koncept 5P medicíny (Personalizovaná, Prediktivní, Preventivní, Participativní, Permanentní), která využívá individuální genetickou informaci pro "medicínu šitou na míru". Analýza DNA umožňuje předpovídat rizika onemocnění a navrhovat cílenou prevenci a léčbu.

Biotechnologie a genové inženýrství

Genové inženýrství: Umožňuje cílené úpravy DNA, například pro produkci inzulinu nebo jiných léčivých bílkovin bakteriemi, nebo pro zlepšení vlastností plodin (např. odolnost vůči škůdcům).
CRISPR-Cas: Tato revoluční technologie editace genů umožňuje s vysokou přesností "stříhat" a měnit sekvence DNA. K červnu 2025 se objevují nové, ještě přesnější systémy pro editaci DNA, jako je TIGR-Tas, které nepotřebují specifické PAM sekvence a jsou menší, což otevírá nové možnosti v genové terapii a výzkumu.
Genová terapie: Slibná oblast medicíny, která se snaží léčit nemoci (např. rakovina, cystická fibróza, hemofilie) vkládáním nebo opravou genů. K červnu 2025 se v genové terapii stále více využívají pokročilé virové vektory (např. AAV nové generace) a technologie CRISPR. Aplikace plazmidové DNA (malých kruhových DNA molekul) je klíčová v buněčné terapii, například u CAR-T terapie pro léčbu rakoviny, kde se buňky pacienta geneticky modifikují pro cílený útok na nádor.

Forenzní věda

DNA daktyloskopie: Jedinečná sekvence DNA každého jedince umožňuje identifikaci osob z biologických vzorků (krev, vlasy, sliny) a je široce využívána v kriminalistice.

---

Pro laiky

Představte si, že každý z nás je jako velká kniha receptů. Ta kniha se jmenuje DNA. V té knize jsou napsané všechny návody, jak naše tělo funguje, jak má vypadat, jak se má vyvíjet a co má dělat, aby přežilo. Když se narodíme, dostaneme půlku téhle knihy od maminky a půlku od tatínka. Díky tomu jsme si podobní, ale zároveň každý z nás je originál.

Když se buňka v našem těle potřebuje rozmnožit, třeba když rosteme nebo se hojíme, celá tahle kniha DNA se nejdřív zkopíruje, aby každá nová buňka měla svůj vlastní návod. A když tělo potřebuje něco vyrobit (třeba hormon nebo enzym), "přečte" si jen tu konkrétní stránku z DNA, která mu řekne, jak na to.

Díky tomu, že vědci téhle "knize" rozumí, dokážou třeba:

Zjistit, jestli má někdo sklony k nějaké nemoci.
Vytvořit léky, které přesně cílí na problém v našem těle.
Pomoci kriminalistům najít pachatele podle maličkého vzorku vlasu nebo krve.
A dokonce i "přepsat" některé špatné návody v knize, aby se lidé uzdravili z nemocí.

---

Externí odkazy