Nukleové kyseliny společně s bílkoviny považujeme za nejvýznamnější složky živých soustav. V jejich molekulách se uchovává dědičná informace buňky a jejich prostřednictvím se přepisuje do specifické struktury bílkovinných molekul. Nukleové kyseliny se nacházejí v buněčných jádrech. Později však byla zjištěna přítomnost i mimo buněčná jádra.
Jediná buňka lidského těla obsahuje přes 4m dlouhý řetězec kyseliny DNA. Ten je uložen v jádře o průměru pět tisícin milimetru. Zde jsou uloženy veškeré informace pro vytvoření lidské bytosti. DNA řídí a udržuje při životě celý organismus vydáváním pokynů buňce pro vytváření základních molekul bílkovin. Dlouhé molekuly této kyseliny jsou uloženy v chromozómech. Tvoří funkční jednotky - geny, které na sebe více nenavazují. Každý chromozóm je složen z jedné dlouhé molekuly DNA mnohonásobně svinuté a obalené bílkovinnou složkou. Geny jsou krátké úseky DNA nesoucí konkrétní informace pro strukturu určitého znaku či vlastností. Celý soubor genů je označován jako genom a každá buňka organismu nese nejméně jednu kopii základního informačního souboru. Pokud se buňky nedělí jsou chromozómy uloženy jako dlouhá vlákna uvnitř jádra buňky. Když se však dělí zkracují svou délku a v mikroskopu jsou viditelné jako krátké tyčinky.
Kód informace DNA pro vytváření bílkovin je velice prostý a jednoduchý. Genetická abeceda má jen čtyři písmena. Tyto písmena jsou : A, T, G, C - podle počátečních názvů jejich heterocyklických sloučenin. Tyto sloučeniny jsou : {ADENIN (A), GUANIN (G)} - purinové báze, {THYMIN (T), CYTOSIN ( C)} - pyrimidinové báze. Mimořádnou funkci má kyselina adenosintrifosforečná (ATP), která je primárním zdrojem energie v buňce. Při hydrolytickém odštěpování molekuly kyseliny trihydrogenfosforečné se uvolní značné množství energie.
Nukleosidy – sloučenina vzniklá spojením purinové nebo pyrimidové báze glykosidovou vazbou se sacharidem (adenosin, guanosin, cytidin, uridin a thymidin)
Další stabilizující prvky dvoušroubovice DNA
- van der Waalsovy síly mezi sousedními bázemi
- vytváření iontových a hlavně pak vodíkových vazeb
Každé vlákno DNA je tvořeno dvojitou šroubovicí z řetězce chemických jednotek navzájem spojených dohromady. Samotná šroubovice je tvořena cukry, hlavně pak D - ribozou. Pořadí jednotlivých po sobě jdoucích bází v řetězci DNA tvoří genetický kód. Tři po sobě jdoucí písmena tvoří jedno genetické slovo - kód pro jednu aminokyselinu stavební látku bílkovin. Např. slovo GUC je pro aminokyselinu valin. V jednotlivých slovech se mohou opakovat písmena. Pořadí slov v řetězci DNA musí být přesně přeneseno do pořadí v řetězci aminokyseliny, která pak dále tvoří bílkovinu. Každá z 20 nezbytných aminokyselin důležitých pro život je vázána na některé z možných třípísmenových slov. Další slova tvoří ukončení jako tečka za větou. Gen si lze proto představit jako napsanou zprávu obsahující několik desítek tisíc písmen, které popisují jak má daná bílkovina vypadat. Průměrná bílkovina je složena z řetězců z několika set aminokyselin. V DNA je zapsán příběh života už pro ty nejmenší a nejméně potřebné bakterie. V pořadí nukleotidů v DNA je zapsána dědičná informace buňky. Počet kombinací jednotlivých bází a jejich kódu pro bílkoviny je nekonečný, DNA proto představuje stálý informační soubor buňky a nikdy neopouští jádro. Jeho hlavním a nejdůležitějším úkolem je udržovat a pečovat o genetickou informaci před poškozením či nevhodných a špatným přepsáním v nezměněné podobě z buňky do buňky generace po generace.
Nachází se v jádře, ale zařízení umožňující vznik bílkovin je umístěno v cytoplasmě na vnější straně jaderné membrány. DNA se dorozumívá s tímto zařízením prostřednictvím poslů jimiž jsou molekuly RNA.
Odlišnost RNA od DNA
RNA řadíme do několika specifických druhů :
a) MEDIÁTOROVÁ (informační) RNA (mRNA) - obsahuje přepis informace z molekuly DNA o primární struktuře bílkovinných molekul syntetizovaných v buňce
b) TRANSFÉROVÁ (přenosová) RNA (tRNA) - přenáší aminokyseliny na místa syntéz na bílkoviny
c) RIBOZÓMOVÁ RNA (rRNA) - je součástí ribozómů - části buněk na nimiž probíhá syntéza na bílkoviny
Informační mRNA je chemickou stavbou podobná DNA, ale její šroubovice je jednoduchá a místo thyminu má uracil. Když je gen činný báze DNA odpovídajícímu genu jsou přepisovány do polohy mRNA. Enzymy v jádře čtou pořadí bází a tvoří odpovídající řetězec mRNA ze sloučenin cukru, kyseliny trihydrogenfosforečné a jednotlivých bází. Po přepisu celého genu molekula mRNA prochází do cytoplazmy přes průchody jaderné membrány. Napojuje se na jeden nebo více ribozómů. Ribozóm se pohybuje podél mRNA a tvoří tzv. rRNA. Ribozóm je schopen rozpoznat slova tvořená třemi bázemi a začíná činnost další RNA, transportní tRNA. Její molekuly jsou prostředníky mezi třípísmenovými slovy v mRNA a aminokyselinami, které budou spojovány dohromady a vytvoří bílkovinu. Na jednom konci tRNA je pořadí tří bází odpovídajícímu si slovu na mRNA na druhém konci je připojena aminokyselina odpovídajícímu si danému kódu. Po připojení tRNA k mRNA se aminokyseliny mezi sebou spojují pomocí enzymů. Tak jak prochází ribozóm přes mRNA vzrůstá postupně délka řetězce bílkovin.
Molekula je často označována jako dvojitá šroubovice, což odpovídá dvěma řetězcům vytvářející nosnou konstrukci. Mezi řetězci jsou spojky. Tvoří je vždy dvě a dvě vzájemně doplňující báze. Báze jsou mezi sebou spojovány můstky pomocí jediné zásady. ANDENIN je vždy připojován k THYMINU a CYTOSIN ke GUANINU. Rozlišujeme pak dále primární, sekundární a terciální strukturu nukleových kyselin.
Primární struktura – pořadí jednotlivých nukleotidových jednotek
Sekundární struktura – zobrazuje dvojitou šroubovici, kterou vytvářejí dva proti sobě probíhající polynukleotidové řetězce, jejichž purinové a pyrimidové báze se vzájemně vážou vodíkovými vazbami. Tím se zpevňuje dvouvláknová struktura DNA.
Terciální struktura – podobně jako u bílkovin i dvojitá šroubovice nukleových kyselin může být prostorově stočena do superhelixu.
Celou stavbu DNA je možné přirovnat k zatočenému provazovému žebříku. Báze na jednom řetězci jsou zrcadlové (KOMPLEMENTÁRNÍ) vůči bázím na druhém řetězci. Pokud je DNA zdvojována při buněčném dělení je možné začlenění i nesprávné, zcela odlišné báze. Tím může vzniknout škodlivá mutace. Vazby mezi bázemi jsou poměrně slabé, snadno se rozpojují. To je výhodné při zdvojování (REPLIKACE) a přepisu (TRANSKRIPCE).
Rakovina, Gen – p53
Zdravý gen p53 udržuje buňku na správné cestě. Není – li však přítomen nebo je – li poškozen zvyšuje se riziko rakoviny na 70%.
Funkce p53
P53 funguje jako faktor kontrolující poškození buněk. Zdravá buňka má kolem sebe malý počet proteinů p53, které neustále likviduje a opět obnovuje. Jestliže něco (ionizující záření) poškodí buňky tak, že jí hrozí rakovina vyhlašuje buňka poplach. Pokud všechno pracuje dobře, gen p53 dostane signál, že je čas, aby se zaktivoval. Začne fungovat jako tiskař, který objeví chybu v sazbě dokumentů, jež je třeba rozmnožit a tím překopírovat svůj obsah do RNA. Gen nejprve vypne kopírovací zařízení buňky, aby se nemohla množit, na dobu pokud vše neopraví. P53 zaplaví geny buňky a současně aktivuje sousední geny, které vytvoří proteiny bránící růstu buňky. Tím se růst nádorů zastaví. Někdy funguje p53 jako tiskař, který je znechucen přílišnými chybami v textu a rozmetá sazbu dokumentu. P53 v tom případě zaktivuje sebevražedný software buňky a buňka se zničí. Pokud tak neučiní a nechá takto rozházený text a dále se mu nevěnuje může toto selhání za 70% veškeré rakoviny.
Mutanti genu p53
Často je výše uvedené selhání způsobeno mutací p53. Stačí aby se jedno z dvou tisíc tří set šedesáti dvou písmem označených jako A, T, C, G, které vytvářejí gen p53 změní v jiné písmeno. Pokud p53 obsahuje takovou pravopisnou chybu, protein který produkuje je zkomolený. Jediné špatné písmeno v rozhodující části genu p53 vytvoří protein se špatnou molekulou, jež není schopen potlačit vznik nádorů. Rodiny dědí mutace genu p53. Mutace se může objevit, když buňka plic, jater udělá pravopisnou chybu při kopírování genů před rozdělením do dvou buněk. Buňka tím ztrácí původní roli ochránce před rakovinou.
Samotný vznik nádorů
Rakovina plic
Benzopyren, jeden z největších a nejzáludnějších organických látek obsaženém v cigaretovém kouři mění G na T a C na A. Jediný mutující gen postačí, aby v sobě zanechal buňku s nezdravým p53. Ta může být příčinou vzniku nádoru. Pokud nedostane rakovina další podmět, rozvine se u 20% kuřáků u dalších 60% se vyskytnout může a u zbývajících 20% se vůbec nevyskytne. Samozřejmě to závisí na životních podmínkách. Mimo jiné cigaretový kouř obsahuje i další četné látky, které procento vzniku rakoviny zvyšují, jsou to : dehet, nikotin, oxid uhelnatý, již zmíněný benzopyren a další víceuhlíkaté heterocyklické sloučeniny.
Rakovina jater
Pro její vznik existují dvě hlavní příčiny. Virus hepatitidy B a alfatoxinu produkovanými plísněmi. Oba působí prostřednictvím p53. Alfatoxin působí změnu G na T. Začne – li v játrech nekontrolovatelné bujení buněk a vytvoří – li se virus hepatokarcinom – vytváří protein, který se přikrade k p53 a zabrání mu v přístupu na místo dalšího bujení.
Rakovina kůže
Je – li buňka poškozená slunečním zářením, znamená to vraždu p53. Navíc UV může způsobit pravopisnou chybu v genu p53 (CC změní na TT). Pak už nic nezabrání nádoru v bujení.
Rakovina prsu
V tomto případě gen p53 vypadá zcela zdráv. Přitom svou funkci – bránit bujení buněk – z neznámého důvodu nevykonával a nikdo není schopen říct proč tomu tak je.
zdroj: http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/