25.6 DNA, RNA, GENOVÁ EXPRESE A KRYSTALY

_

TEXT:

Umělá Inteligence Claude 3 Sonnet od Anthropic

_

OBRÁZEK:

Umělá Inteligence Microsoft Bing pomocí DALL·E 3

_

Genetická informace je základem života na Zemi. Tento úžasný soubor instrukcí je uložen v molekulách DNA a RNA, které hrají klíčovou roli v procesu genové exprese. Překvapivě se tyto molekuly mohou také organizovat do krystalických struktur, což umožňuje vědcům lépe porozumět jejich struktuře a funkci.

DNA: Nosič genetické informace

Deoxyribonukleová kyselina (DNA) je dlouhá, dvouvláknová molekula, která obsahuje genetické instrukce pro vývoj, funkci a reprodukci všech známých živých organismů. Skládá se ze čtyř nukleotidových bází - adeninu (A), guaninu (G), cytosinu (C) a thyminu (T). Tyto báze se párují specifickým způsobem: A s T a C s G, což vede k vytvoření slavné dvoušroubovicové struktury DNA.

RNA: Mnoho rolí v genové expresi

Ribonukleová kyselina (RNA) je jednovláknová molekula, která je strukturně podobná DNA, ale místo thyminu obsahuje uracil (U). RNA hraje několik klíčových rolí v procesu genové exprese:

mRNA (mediátorová RNA): Přenáší genetickou informaci z DNA do ribozomů.

tRNA (transferová RNA): Přináší správné aminokyseliny do ribozomů během syntézy proteinů.

rRNA (ribozomální RNA): Tvoří strukturní součást ribozomů.

Genová exprese: Od DNA k proteinům

Genová exprese je proces, při kterém se genetická informace uložená v DNA používá k syntéze funkčních produktů, jako jsou proteiny. 

Tento proces zahrnuje dva hlavní kroky:

Transkripce: DNA je použita jako šablona pro vytvoření komplementárního vlákna mRNA. Tento proces provádí enzym RNA polymeráza.

Translace: mRNA je "přečtena" v ribozomech, kde se každá trojice nukleotidů (kodon) překládá do specifické aminokyseliny. Tyto aminokyseliny se spojují, čímž vzniká protein.

Krystaly DNA a RNA

Na první pohled se může zdát, že krystaly a molekuly života spolu nesouvisí. Krystaly jsou pevné látky s pravidelnou, opakující se strukturou, zatímco DNA a RNA jsou flexibilní molekuly pohybující se v tekutém prostředí buněk. Nicméně, za určitých podmínek mohou DNA a RNA skutečně vytvářet krystaly.

DNA krystaly

V roce 1953 Rosalind Franklinová a její tým pořídili slavný "Snímek 51" - rentgenový difrakční obrazec DNA. Tento obraz poskytl klíčové důkazy o dvoušroubovicové struktuře DNA. Aby získali tento snímek, vědci extrahovali DNA z buněk a vytvořili z ní krystaly. V těchto krystalech se molekuly DNA uspořádaly do pravidelných, opakujících se vzorů, což umožnilo použití rentgenové krystalografie k určení jejich struktury.

RNA krystaly

RNA může také tvořit krystaly, zejména kratší molekuly RNA, jako jsou tRNA nebo části rRNA. Tyto krystaly byly klíčové pro pochopení složitých 3D struktur různých typů RNA. Například krystalografie tRNA odhalila její charakteristický tvar "jetelového listu", který je zásadní pro její funkci při translaci.

Krystaly RNA mají také potenciální aplikace v nanotechnologii. Vědci zjistili, že určité sekvence RNA mohou samovolně sestavit do složitých 3D struktur, jako jsou krychle nebo mnohostěny. Tyto "RNA origami" by mohly být použity k vytvoření nanostruktur pro cílené doručování léků nebo jako lešení pro nanoelektroniku.

Závěr

DNA a RNA jsou pozoruhodné molekuly, které nesou a interpretují genetickou informaci prostřednictvím složitého procesu genové exprese. Jejich schopnost tvořit krystaly, ačkoli se může zdát nepravděpodobná, se ukázala jako nesmírně cenná. Krystaly DNA a RNA poskytly vědcům klíčové informace o struktuře a funkci těchto molekul, což vedlo k hlubšímu pochopení základních procesů života. A s rostoucím zájmem o RNA nanotechnologii se zdá, že tyto krystaly mohou hrát důležitou roli i v budoucích technologiích.