DNA jest prawdopodobnie najsłynniejszą cząsteczką biologiczną; jest obecny we wszystkich formach życia na Ziemi. Ale czym dokładnie jest DNA, czyli kwas dezoksyrybonukleinowy? W tym artykule przybliżymy podstawowe informacje na ten temat.
Praktycznie każda komórka w twoim ciele zawiera DNA, czyli kod genetyczny, który cię tworzy. DNA zawiera niezbędne instrukcje dotyczące rozwoju, wzrostu, reprodukcji oraz funkcjonowania całego życia.
Różnice w kodzie genetycznym wyjaśniają, dlaczego jedna osoba ma niebieskie oczy, a inna brązowe, dlaczego niektórzy są bardziej podatni na pewne choroby oraz jak to się dzieje, że ptaki mają tylko dwa skrzydła, a żyrafy długie szyje.
O dziwo, gdyby całe DNA w ludzkim ciele zostało rozwikłane, sięgałoby ono słońca i pleców ponad 300 razy.
W tym artykule szczegółowo rozbijamy podstawy DNA, z czego jest zbudowane i jak działa.
Czym jest DNA?
W skrócie, DNA to długa cząsteczka, która zawiera unikalny kod genetyczny każdej osoby. Zawiera instrukcje budowy białek niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu.
Instrukcje DNA są przekazywane z rodzica na dziecko, przy czym około połowa DNA dziecka pochodzi od ojca, a połowa od matki.
Struktura
DNA to dwuniciowa cząsteczka, która wydaje się skręcona, nadając jej unikalny kształt zwany podwójną spiralą.
Każda z dwóch nici to długa sekwencja nukleotydów, czyli pojedynczych jednostek zbudowanych z:
- cząsteczki fosforanu
- cząsteczki cukru zwanej deoksyrybozą, zawierającej pięć atomów węgla
- regionu zawierającego azot
Istnieją cztery rodzaje regionów zawierających azot, zwanych zasadami:
- adenina (A)
- cytozyna (C)
- guanina (G)
- tymina (T)
Kolejność tych czterech zasad tworzy kod genetyczny, który jest naszą instrukcją życia.
Podstawy dwóch pasm DNA są ze sobą połączone, tworząc kształt przypominający drabinę. Wewnątrz drabiny A zawsze łączy się z T, a G z C, tworząc «szczeble». Długość drabiny jest utworzona przez grupy cukrowe i fosforanowe.
Pakowanie DNA: chromatyny i chromosomy
Większość DNA znajduje się w jądrach komórek, a niektóre fragmenty w mitochondriach, które działają jak silniki komórkowe.
Ponieważ mamy tak dużo DNA (około 2 metrów w każdej komórce), a nasze jądra są stosunkowo małe, DNA musi być niesamowicie zwinne.
Nici DNA są zapętlone, zwinięte i owinięte wokół białek zwanych histonami. W swoim zwiniętym stanie nazywane są chromatyną.
Chromatyna jest dalej skondensowana w procesie zwanym supercoiling, a następnie pakowana w struktury zwane chromosomami. Te chromosomy tworzą charakterystyczny kształt «X», jak widać na powyższym obrazku.
Każdy chromosom zawiera jedną cząsteczkę DNA. Ludzie mają łącznie 23 pary chromosomów, co daje 46 chromosomów. Ciekawe, że muszki owocowe mają tylko 8 chromosomów, a gołębie aż 80.
Chromosom 1 jest największy i zawiera około 8000 genów. Najmniejszy jest chromosom 21, który ma około 3000 genów.
Czym jest gen?
Każda długość DNA kodująca określone białko nazywana jest genem. Na przykład jeden gen koduje białko insuliny, hormon, który pomaga w regulacji poziomu cukru we krwi. Ludzie mają około 20 000-30 000 genów, chociaż szacunki mogą się różnić.
Nasze geny stanowią około 3 procent naszego DNA, podczas gdy pozostałe 97 procent jest mniej zrozumiałe. Uważa się, że te pozostałe fragmenty DNA odgrywają kluczową rolę w regulacji procesów takich jak transkrypcja i translacja.
W jaki sposób DNA tworzy białka?
Aby geny mogły utworzyć białko, należy wykonać dwa główne kroki:
Transkrypcja: Kod DNA jest kopiowany, tworząc informacyjne RNA (mRNA). RNA jest swoistą kopią DNA, ale zazwyczaj jest jednoniciowe. Kolejna istotna różnica polega na tym, że RNA nie zawiera zasady tyminy (T), która jest zastąpiona przez uracyl (U).
Tłumaczenie: mRNA jest tłumaczone na aminokwasy przez transfer RNA (tRNA).
mRNA jest odczytywane w trzyliterowych sekcjach zwanych kodonami. Każdy kodon koduje określony aminokwas, będący budulcem białka. Na przykład kodon GUG koduje walinę, jeden z aminokwasów.
Istnieje 20 możliwych aminokwasów, które mogą być łączone w różnorodne białka.
Czym jest telomer?
Telomery to regiony powtarzających się nukleotydów znajdujące się na końcach chromosomów.
Chronią końce chromosomu przed uszkodzeniem oraz zapobiegają ich łączeniu się z innymi chromosomami.
Porównuje się je do plastikowych końcówek na sznurowadłach, które uniemożliwiają ich postrzępienie.
Wraz z wiekiem ten region ochronny stopniowo się skraca. Za każdym razem, gdy komórka dzieli się i DNA jest replikowane, telomer staje się krótszy.
Aktualne badania nad DNA
W ostatnich latach badania nad DNA i jego rolą w zdrowiu człowieka zyskały na znaczeniu. Nowe techniki sekwencjonowania genomu pozwalają na szybkie i dokładne analizowanie genów, co może prowadzić do lepszego zrozumienia chorób genetycznych.
Na przykład, badania wskazują, że zmiany w sekwencji DNA mogą być odpowiedzialne za wiele nowotworów. Dzięki nowym terapiom opartym na mRNA możliwe jest opracowanie spersonalizowanych metod leczenia, które będą skuteczniejsze w walce z nowotworami.
Statystyki pokazują, że w 2024 roku liczba badań nad genami i ich wpływem na zdrowie psychiczne wzrosła o 25%. Naukowcy badają związki między genotypem a ryzykiem wystąpienia zaburzeń psychicznych, co może zrewolucjonizować podejście do diagnostyki i terapii.
Zrozumienie roli DNA w organizmach żywych otwiera nowe perspektywy w medycynie, a rozwijające się technologie sekwencjonowania i analizy danych mogą przyspieszyć odkrycia w tej dziedzinie.
W skrócie
Chromosomy to ściśle zwinięte nici DNA. Geny to sekcje DNA kodujące poszczególne białka.
Innymi słowy, DNA jest głównym planem życia na Ziemi i źródłem wspaniałej różnorodności, którą widzimy wokół nas.
