GRADjA DNK

   Dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) je molekul koji nosi naslijednu materiju. Na njemu se nalaze uputstva za sintezu proteina, a njegovi dijelovi (geni) sadrže informacije za sintezu specifičnih proteina, tj. njihovih polipeptidnih lanca. Molekul DNK se sastoji iz dva komplementarna lanca nukleotida, koji se spiralno uvijaju i povezani su vodoničnim vezama.

             Svaki od ova dva spiralna lanca sastoji se iz niza u kome se smjenjuju ukupno 4 nukleotida (adenin, timin, guanin i citozin). Svaki nukleotid sastoji se iz jednog pentoznog šećera (dezoksiriboze), fosforne grupe i jedne od spomenute četiri azotne baze. Spoljnu stranu lanca čini takozvani skeletni dio, koji se sastoji iz dezoksiriboze i fosforne grupe povezanih tako da čine spiralnu formaciju.

           

                                 

Osnovna gradivna jedinica DNK je nukleotid. Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente :

1. jednog molekula azotne baze,

2. jednog molekula šećera pentoze (monosaharid sa 5 ugljenikovih atoma) i

3. jedne fosfatne grupe.                                           

Azotne baze mogu biti:

Purinske baze DNK su:

Pirimidinske su:

           

Jedinjenje koje nastaje od azotne baze i šećera pentoze naziva se nukleozid.Azotna baza i pentoza su u nukleozidu vezane N-glikozidnom vezom (veza između N9 atoma purina(odn. N1 pirimidina) i C1’ atoma pentoze ).Kada se za nukleozid veže fosfatna grupa onda nastaje nukleotid.Nukleotidi su međusobno povezani gradeći polinukleotidni lanac. Veze između nukleotida u tom lancu su fosfodiestarske i ostvaruju se tako što se treći C-atom(C3’) pentoze jednog nukleotida veže za peti C-atom(C5’) pentoze narednog nukleotida u lancu.Takvim povezivanjem na jednom kraju lanca ostaje slobodna hidroksilna grupa vezana za C3’ (taj kraj se naziva 3’ kraj), a na drugom fosfatna grupa vezana za C5’ atom (to je 5’ kraj).Početak polipeptidnog lanca je 5' kraj.

Vrsta i redoslijed nukleotida DNK predstavlja njenu primarnu strukturu i specifičan je za svaku vrstu.

Varijabilnost (promenljivost, različitost) primarne strukture DNK je ogromna. Broj različitih redosleda nukleotida je 4 n, gde je n broj nukleotida koji čine lanac DNK. Ako se npr. lanac DNK sastoji od samo 100 nukleotida, bilo bi moguće predvideti postojanje 10 na 56 molekula sa različitim redosledom nukleotida. Prirodni molekuli DNK sastoje se od velikog broja nukleotida(najmanji molekul DNK imaju virusi i on se sastoji od oko 5000 nukleotida ) čime se obezbeđuje ogromna raznovrsnost bioloških vrsta. Linearno raspoređeni delovi DNK su geni. Struktura gena je tačno određeni redosled nukleotida u delu DNK.

                          

Sekundarnu strukturu DNK uspeli su da odgonetnu Votson i Krik 1953.god. Osnovu te strukture čini dvolančana zavojnica(spirala).Dva polinukleotidna lanca , koja čine ovu zavojnicu, su antiparalelna što znači da se naspram 5’ kraja jednog lanca nalazi 3’ kraj drugog , i obrnuto. Lanci su uvijeni jedan oko drugog tako da se duž dvolančane zavojnice prostiru dva žljeba :veliki i mali.DNK zavojnica ima celom dužinom isti prečnik. Purinske i pirimidinske baze se nalaze u unutrašnjosti zavojnice gusto spakovane jedna nad drugom, a ravni baza su normalne na osu zavojnice. Fosfatne grupe su okrenute prema spoljašnjoj strani i zajedno sa pentozama čine skelet zavojnice.(Prečnik zavojnice iznosi 2 nm; jedan pun zavoj čine 10 parova nukleotida čija je ukupna dužina 3,4 nm.)

              

                         Francis Crick                                                                          James Watson

Iz činjenice da je prečnik zavojnice isti celom dužinom, zaključeno je da se naspram purinske baze u jednom lancu nalazi pirimidinska baza u drugom, i to komplementarne –naspram adenina timin, a naspram guanina citozin i obrnuto. Naspramne baze se povezuju vodoničnim vezama : A i T su međusobno povezani sa dve, a G i C sa tri H-veze (A=T; GşC). Princip komplementarnosti, na kome se zasniva sekundarna struktura DNK, omogućava da redosled baza u jednom lancu automatski određuje redosled u drugom. Zato su odnosi A/T= 1 i G/C=1 tj. da je broj molekula A jednak broju molakula T, što važi i za G i C ; isto tako je i broj purinskih nukleotida jednak broju pirimidinskih nukleotida tj. A+G/T+C= 1; sve navedene pravilnosti nazivaju se Čargafova pravila (Erwin Chargaff). Sekundarna struktura DNK je podložna denaturaciji. Pod denaturacijom se podrazumeva narušavanje sekundarne strukture tako da se dvolančani DNK molekul razdvaja na dva polinukleotidna lanca. Pod odgovarajućim uslovima može doći do renaturacije , tj. do ponovnog spajanja komplementarnih lanaca DNK. Procesi denaturacije i renaturacije odigravaju se i u ćeliji pod kontrolisanim uslovima i u ograničenom obimu. Ti procesi predstavljaju neophodan preduslov za normalno funkcionisanje DNK. Kada se u rastvoru nađu dva polinukleotidna lanca koji imaju komplementarne redoslede nukleotida, nagradiće se hibridni dvolančani molekul. Denaturisana DNK može da hibridizuje sa denaturisanom DNK iste ili različite vrste , ili sa RNK. Hibridizacija je našla veoma široku primenu u istraživanjima u molekularnoj biologiji i predstavlja jednu od osnovnih tehnika genetičkog inženjerstva.