Dezoksiribonukleīnskābe

Dezoksiribonukleīnskābe (DNS) ir viena no nukleīnskābēm. Pēc ķīmiskās uzbūves DNS ir dezoksiribonukleotīdu lineārs polimērs. Tā monomēri ir nukleotīdi, t.i., slāpekļa bāzes, oglekļa dezoksiribozes un fosforskābes atlikuma savienojumi. DNS ir visu dzīvo organismu ģenētiskās informācijas glabātājs. Divpavedienu DNS divi komplementāri DNS pavedieni (polimēri) veido DNS dubultspirāli. Abi DNS veidojošie pavedieni ir savienoti ar ūdeņraža saitēm. DNS ir sastopama arī viena pavediena veidā. DNS spirāle var būt pat vairākus milimetrus gara.^[1][2] Eikariotu šūnās lielākā daļa DNS atrodas šūnas kodolā, hromosomās. Prokariotos (baktērijās un arhebaktērijās) DNS brīvi peld citoplazmā. Hromosomās olbaltumvielas histoni veic DNS organizāciju un kompaktas struktūras nodrošināšanu.

Šis raksts ir par jēdzienu bioloģijā un ķīmijā. Par citām jēdziena DNS nozīmēm skatīt nozīmju atdalīšanas lapu.

DNS fragments. DNS sastāv no divām savītām spirālēm

Pētīšanas vēsture

Dubultspirāles modeļa izveidotāji Džeimss Votsons un Frānsiss Kriks (attēlā pa labi) ar Maklīnu Makkārtiju (attēlā pa kreisi).

1869. gadā šveicietis Fridrihs Mišers no strutās esošajām leikocītu šūnām izdalīja kodolus un atklāja, ka to sastāvā ir no olbaltumvielām atšķirīga viela, kuras sastāvā ir daudz fosfora un maz sēra, un nosauca to par nukleīnu (no latīņu: nucleus — 'kodols'). Tālāk citi ķīmiķi turpināja nukleīna pētīšanu un atklāja tajā skābu vielu, ko nosauca par nukleīnskābi. Vēlāk atklāja, ka t.s. nukleīna sastāvā ir divu veidu nukleīnskābes: dezoksiribonukleīnskābe un ribonukleīnskābe.^[3]

1953. gadā dezoksiribonukleīnskābes molekulas struktūru izpētīja Džeimss Votsons un Frānsiss Kriks,^[1] un par to viņi 1962. gadā saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā.

Jaunas DNS ķēdes veidošanās

DNS dubultošanos un jaunas DNS ķēdes veidošanos sauc par replikāciju. Tā notiek pirms šūnu dalīšanās.

Replikācijai ir trīs posmi:

1. Attīšanās - DNS pavedieni atvijas un saites starp bāzu pāriem enzīma ietekmē tiek sarautas
2. Komplementāru (atbilstošu) pāru veidošanās - jauni komplementāri nukleotīdi, kuri vienmēr atrodas kodolā, tiek pievienoti aktīvajai DNS ķēdei pēc bāzu komplementaritātes principa (adenīns - timīns; guanīns - citozīns)
3. Savienošanās - pievienotie komplementārie nukleotīdi savienojas un veido jaunu dubultspirāli

DNS bojājumi un mutācijas

Vides faktoru un normālu vielmaiņas procesu rezultātā notiek DNS bojājumi. Bojājumi svarīgos gēnos var traucēt šūnas funkcijas un palielināt audzēju veidošanās varbūtību. Lielākā daļa bojājumu rada izmaiņas DNS ķēdes primārajā struktūrā, ķīmiski modificējoties bāzēm. Dažreiz, šūnām daloties, jaunizveidotajā šūnā var pazust vai parādīties no jauna kāda hromosoma. Šīs izmaiņas sauc par mutācijām.

DNS bojājumi var rasties gan endogēno (iekšējo), gan eksogēno (ārējo) faktoru iedarbībā.

Galvenie izraisītie bojājumu veidi ir šādi:

• bāzu oksidēšanās un DNS pavediena pārtraukšana brīvo radikāļu iedarbībā;
• bāzu alkilēšanās (parasti metilēšanās);
• bāzu hidrolīze — deaminēšana, depurinēšana, depirimidēšana;
• bāzu sajaukšana — kļūdas replikācijas procesā, kad tiek pievienota nepareiza bāze vai bāze ir izlaista, vai ievietota nepareizā vietā. Eksogēno faktoru iedarbība var būt dažāda:
• citozīna un timīna bāzu kroslinkings, ko izraisa ultravioletā gaisma, veidojot pirimidīna dimērus;
• DNS pavedienu bojājumi, ko izraisa jonizējošais starojums;
• ķīmikālijas (vinilhlorīds, ūdeņraža peroksīds, policikliskie ogļūdeņraži u. c.) izraisa DNS bāzu ķīmisko modifikāciju.

Šūnās eksistē speciāli mehānismi, lai iespēju robežās novērstu radušos bojājumus DNS. Šo iespēju nodrošina DNS dubultspirāles uzbūve. Ja bojāts ir tikai viens no abiem dubultspirāles pavedieniem, otrs tiek lietots kā šablons, lai veiktu korekcijas.