Ciekawostki o genetyce molekularnej z krótkim wstępem do niej

Jako że znalezisko o komórkach pniach pobranych ze zwłok okazało się cieszyć całkiem dużym powodzeniem - zrobiłem listę ciekawostek o genetyce molekularnej. Jeśli nie wyjaśniłem czegoś dość dokładnie, lub się pomyliłem - bardzo chętnie wytłumaczę lub poprawię tekst.

Ciekawostki o genetyce molekularnej z krótkim wstępem

Dzień dobry, dzisiaj napiszę coś o genetyce molekularnej.
Jak prawdopodobnie wszyscy wiedzą, DNA jest nośnikiem informacji genetycznej, która jest przepisywana na białka. Jak wszyscy też wiedzą, DNA występuje w postaci podwójnej helisy...
Jak to jednak wszystko wygląda z bliska?

Czy tylko podwójna helisa?

Przejdźmy od ogółu do szczegółu.

Źródło
Chyba każdy człowiek, który odebrał wykształcenie zna układ podwójnej helisy DNA.
DNA w komórkach to zwykle B-DNA - forma podwójnej helisy, cechowana prawoskrętnością, skokiem helisy około 3,54nm i średnicą około 2,37nm.
Do wewnątrz helisy są skierowane zasady azotowe (adenina, tymina, guanina, cytozyna), zewnętrzną krawędź stanowi cukier pięciowęglowy - deoksyryboza.

Wzór chemiczny deoksyrybozy.

---

I tutaj jak wygląda chemicznie cały łańcuch:

źródło

Ładne, nieprawdaż? Przerywanymi liniami zaznaczone są wiązania wodorowe, niezbędne do utworzenia dwuniciowego DNA. Są one podatniejsze na pękanie niż wiązania między kolejnymi nukleotydami w DNA, co ma ważne implikacje biologiczne i dla procesu PCR (w skrócie - metoda powielania łańcuchów DNA w warunkach laboratoryjnych).

Jednak to tylko najprostsza struktura DNA - połączenie dwóch komplementarnych nici. Adenina łączy się z tyminą, guanina z cytozyną, wszystko wydaje się OK.
W związku z tym, że nie jest to artykuł naukowy, ani szkolny podręcznik, a raczej zbiór ciekawostek, nie będę się zbytnio zagłębiał w znaczenie różnych modyfikacji.

Podwójne helisy

A-DNA
Prawoskrętna, podwójna helisa A-DNA jest jedną z najbardziej podobnych do B-DNA występującego w żywych komórkach, ale jest po prostu bardziej ściśnięta.

B-DNA
Podstawowa struktura występująca u żywych organizmów. Stara, dobra podwójna helisa, jest prawoskrętna i jako jedyna powinna podlegać transkrypcji z DNA na RNA.

Z-DNA
Struktura niezwykle podobna do B-DNA, jednak jest lewoskrętna i bardziej rozciągnięta. W pewnych warunkach (np. wysokie zasolenie) może powstawać z B-DNA, ale jest szybko metabolizowane.


Od lewej - A-DNA, B-DNA, Z-DNA. źródło

G-kwadrupleks
Jeśli w łańcuchu DNA występuje dużo guaniny, mogą powstawać formy składające się z czterech nici DNA. Są one formą powszechną w telomerach - fragmentach na końcach chromosomów, chroniących dalej położone fragmenty przed uszkodzeniami w czasie replikacji. U człowieka i większości ssaków sekwencja w telomerach to GGTTAG. Skracanie się telomerów jest uznawane za ważną przyczyną starzenia.


Na zielono zaznaczono kation metalu (zwykle magnezu).

źródło

Trójniciowy DNA
Ciekawostka, bo w żywych organizmach nie występuje... Jeden obraz mówi więcej niż tysiąc słów.


źródło

OK, widzę, że DNA może przyjmować różne struktury... Ale ostatecznie wszystko grzecznie łączy się w pary GC i AT!

Hm, nie do końca. Istnieją analogi zasad azotowych jak też kwasy nukleinowe inne niż DNA.

xDNA
Sztucznie stworzony DNA, posiadający 8 komplementarnych zasad.
Dodatkowe 4 zasady są pochodnymi tyminy, guaniny, adeniny i cytozyny z doczepionym pierścieniem benzenowym.



Praca naukowa o tym.

Flucytozyna
Jest to pochodna pirymidyny, może zastępować tyminę i cytozynę. Skuteczny lek przeciwgrzybiczy, jednak wbudowuje się także w ludzkie RNA, co może prowadzić do procesu onkogenezy.

Inozyna
Inozyna to zasada azotowa występująca naturalnie w tRNA (transportowe RNA). Powszechnie występuje chyba u wszystkich eukariontów, paruje się głównie z uracylem (zastępującym tyminę w RNA).

Istnieją też dziesiątki innych zasad, nie wiem, czy ktokolwiek potrafiłby wszystkie zapamiętać.

OK. Ale kod genetyczny jest uniwersalny, prawda?

Jak wiadomo, sekwencja trzech nukleotydów (tzw. triplet), zawsze oznacza konkretny aminokwas. PRAWDA?
Bit informacji genetycznej może przyjąć 4 wartości: ATCG. Trzy bity mogą przyjąć 4^3=16*4=64 wartości. Aminokwasów budujących białka jest 20 (to, że jeden aminokwas może być kodowany przez wiele tripletów w DNA jest nazywane degeneracją kodu genetycznego)...
Gen od świni przeszczepiony koniowi będzie produkował to samo białko... Czy jednak zawsze tak jest?
W gimnazjum uczy się uczniów, że kod genetyczny (lista par kodon-aminokwas) jest uniwersalny dla wszystkich organizmów. Jednak tak nie jest.
Podstawowy kod genetyczny:

źródło

Jakie jednak kody genetyczne występują?
Najczęściej spotykanym wyjątkiem jest DNA mitochondrialne - tam kodon UGA oznacza tryptofan. Co ciekawe, ta sama mutacja występuje u niektórych bakterii (dla chętnych: wygooglować hasło 'endosymbioza pierwotna' lub 'teoria endosymbiotyczna').
Niektóre archeany metanogeniczne (oddychanie w procesie CO2+4H2 -> CH4 + 2H2O) korzystają z pyrrolizyny jako dodatkowego, dwudziestego pierwszego aminokwasu.

Pyrrolizyna jest kodowana kodonem UAG.
Istnieje też selenocysteina, która bywa kodowana kodonem UGA.

Kodon CUG może u niektórych drożdżaków kodować serynę zamiast leucyny.
Bakterie i archeany często używają kodonów GUG i UUG jako alternatywnych sekwencji startu.
Lista znanych organizmów, które posiadają kody genetyczne różniące się od klasycznego:
- mitochondrialne:
● kręgowce
● drożdże
● pleśni, protozoa, jamochłony
● bezkręgowce
● orzęski, Hexamita, Dasycladaceae
● płazińce i szkarłupinie
● żachwy
● przywry
- jądrowe
● drożdże
● zielenice właściwe
lista ze szczegółami

Ale przynajmniej DNA...

Czy organizmy zawsze korzystały z DNA?
Większość naukowców zgadza się, że prekursorem DNA było RNA (ryboza zamiast deoksyrybozy), które poza tym, że jest prostszym związkiem, może być użyte bezpośrednio jako matryca do syntezy białek, a także ma właściwości katalityczne.
Czy jednak było coś przed DNA?
Wskazywani są dwaj kandydaci:
TNA (oparte treozy, czyli trójwęglowe cukry zamiast ryboz - nigdy nie zaobserwowano ich poza laboratorium) i GNA (oparte glikol - też syntetyzowane, charakteryzują się tworzeniem znacznie trwalszych łańcuchów niż DNA i RNA).
Czy jednak tak było? Wydaje się, że nie.


Porównanie struktury TNA i RNA. źródło

[stepBYstep]

Duch Platyny unosi się nad tym znaleziskiem.

[G.....n]

@stepBYstep: zajrzyj w tagi. :D

[stepBYstep]

@Ginden: tak ukryte ze nawet po tej sugestii musialem sie mocno doszukiwac:D

[kasiknocheinmal]

Tłumaczyłam Platynie kiedyś, że idea szczytna, forma zła- dla laika za skomplikowanie bez podstaw, dla kogoś, kto coś wie z tego tematu- zbyt uproszczone. Twierdziła, że się czepiam i że jak się nie podoba, to żebym sama zrobiła, bo się nie da. A tu proszę- da się, jest i dla laika, i do przypomnienia dla kogoś, kto wiedział, i są obrazki, i styl fajny. Wykop oczywiście! :)

[g.....2]

@kasiknocheinmal: Platyna to się upierała że nawet tą spektografię dobrze zrobiła, więc wiesz...

[l.....l]

Fajnie że takie znaleziska powstają ale dla ścisłości kwadrupleksy są stabilizowane zwykle skoordynowanym kationem potasowym a nie magnezowym:) Ponadto pirolizyna a nie pyrrolizyna

[d.....1]

@Ginden: Po aferze z Platyną, zapytam: Kim jesteś i skąd ta wiedza ? Jakaś mini-weryfikacja

[m.....s]

@Czarny_Nindza: mówiąc krótko i po żołniersku, Platyna zgrywała mądralę, a okazało się, że p!##$#$i głupoty.

[G.....n]

@domin_221: w prawdę i tak nikt nie uwierzy, więc po prostu - znam się na biologii, bo poświęciłem dużo czasu na jej naukę.

[viejra]

"Chyba każdy człowiek, który odebrał wykształcenie zna układ podwójnej helisy DNA."

No tutaj raczej nie byłbym taki pewny. Ja niestety dowiedziałem się tego dopiero z Twojego znaleziska :)

[lucku]

@medevacs: masz całą wiedzę, jaką przekazano Ci na lekcjach?

[kokodin]

@medevacs: Liceum to nie jedyna droga po dyplom.

[z.....a]

@Ginden: ciekawe, ale wedlug mnie brakuje czegos, co mogloby przemowic do wyobrazni osob kompletnie nieobeznanych z genetyka.

[l.....l]

Jeszcze jeden mały wytyk:) To DNA jest prostsze niż RNA. Z chemicznego punktu widzenia RNA posiada dodatkową grupę hydroksylową. Struktura RNA jest również bardziej skomplikowana niż DNA pomimo tego że RNA jest jednoniciowy. Ta właściwość pozwala jednak na to, że RNA przyjmuje bardzo skomplikowane struktury drugo i trzeciorzędowe, co pozwala na pełnienie wielu różnorodnych funkcji (w odróżnieniu do DNA). Kolejny temat rzeka ale może dobry na kolejny wykop. Może sam coś sklecę

[p.....y]

ciekawostki??? :) no litosci, uklad zasad jest taki ciekawy? W nastepnym odcinku poprosze o streszczenie cyklu krebsa, najlepiej rowniez z ladnymi infografikami, tak zeby kazdy sie ubawil po pachy. A tak serio - o dna na pewno da sie powiedziec cos ciekawego... - probuj dalej, ale moze najpierw opowiedz to jednej osobie i sprawdz reakcje, zanim zechcesz obdarowac swoimi ciekawostkami caly swiat ;-)

[G.....n]

@posterunkowy:

probuj dalej, ale moze najpierw opowiedz to jednej osobie i sprawdz reakcje, zanim zechcesz obdarowac swoimi ciekawostkami caly swiat

Wykopali 230, zakopali 16,

Twój argument jest inwalidą. :P

[M.....k]

@Ginden lubie mądrych ludzi, mimo ze z reguły i tak nie rozumiem co do mnie mówią

[G.....n]

Jak coś, to jutro pewnie będę pisał kolejny artykulik, więc przyjmuję requesty tematów. ;)

[grajlord]

@Ginden: epigenetyka jest ciekawa, a niewiele osób wie o istnieniu czegoś takiego

[5.....h]

@Ginden: Ja bym prosił coś z fizyki :)