Kwas deoksyrybonukleinowy (DNADNADNA) jest jednym z kwasów nukleinowych występujących w komórkach prokariotycznych i eukariotycznych.

W skład nukleotydównukleotydnukleotydów tworzących DNA wchodzą następujące elementy:

1. NukleozydnukleozydNukleozyd, zbudowany z jednej z zasad azotowych (adeniny, guaniny, cytozyny lub tyminy) połączonej z pierwszym atomem węgla (1′) pięciowęglowego cukru deoksyrybozydeoksyrybozadeoksyrybozy.

2. Reszta kwasu fosforowego(V) połączona z grupą hydroksylową nukleozydu związaną z piątym atomem węgla (5′) reszty cukrowej.

R125rGypS0EGs

Grafika przedstawia parę zasad azotowych – adeninę oraz guaninę. Oba związki zbudowane są z dwóch pierścieni węglowo‑azotowych.

RTDI6IGm2YqNl

Grafika przedstawia parę zasad azotowych – cytozynę oraz tyminę. Oba związki zbudowane są z pojedynczego pierścienia węglowo‑azotowego.

RjrGazJVT5dW3

Grafika przedstawia budowę nukleotydu. Składa się on z reszty kwasu fosforowego pięć połączonego wiązaniem estrowym z pierścieniem deoksyrybozy. Pięciowęglowa deoksyryboza połączona jest wiązaniem N‑glikozydowym z zasadą azotową.

W wyniku połączenia wielu nukleotydów powstaje łańcuch polinukleotydowyłańcuch polinukleotydowyłańcuch polinukleotydowy. Nukleotydy w jednym łańcuchu połączone są ze sobą wiązaniami fosfodiestrowymi (3′-5′-fosfodiestrowymi). Reszta fosforanowa przyłączona do węgla 5′ deoksyrybozy jednego nukleotydu łączy się z węglem 3′ deoksyrybozy drugiego nukleotydu. W  łańcuchu DNA prawie wszystkie grupy 3′- i 5′-hydroksylowe uczestniczą w tworzeniu wiązań fosfodiestrowych. Wyjątkiem są grupy położone na początku i końcu łańcucha:  reszta fosforanowa przy końcu 5′ w pierwszym nukleotydzie nie jest związana z innym, a ostatni nukleotyd w łańcuchu ma wolną grupę 3′-hydroksylową w deoksyrybozie. Stąd każdy łańcuch DNA wykazuje polarność budowy. Przyjęto, że sekwencję zasad zapisuje się w kierunku od końca 5′ łańcucha DNA do końca 3′, czyli w kierunku 5′→3′.

R1EFFJyy0P3FV

Grafika przedstawia budowę polinukleotydu. Pojedynczy nukleotyd składa się z reszty kwasu fosforowego pięć połączonego wiązaniem estrowym z pierścieniem deoksyrybozy. Pięciowęglowa deoksyryboza połączona jest wiązaniem N‑glikozydowym z zasadą azotową. Poszczególne nukleotydy w łańcuchu polinukleotydowym połączone są ze sobą za pomocą wiązania fosfodiestrowego występującego pomiędzy resztą kwasu fosforowego pięć jednego z nich a pierścieniem deoksyrybozy drugiego. Na grafice oznaczono koniec 3 prim łańcucha znajdujący się przy cukrze, oraz koniec 5 prim znajdujący się przy reszcie fosforanowej.

Cząsteczka DNA zbudowana jest z dwóch łańcuchów polinukleotydowych skręconych helikalnie (śrubowo) wokół wspólnej osi, nazywanych także nićmi DNA. Strukturę tę nazywa się podwójną helisąpodwójna helisapodwójną helisą. Utrzymywana jest ona dzięki licznym wiązaniom wodorowym łączącym zasady azotowe obu łańcuchów. W strukturze podwójnej helisy DNA zasady azotowe skierowane są do jej wnętrza, natomiast łańcuch cukrowo‑fosforanowy znajduje się na zewnątrz.

Zarówno budowa zasad, jak i ich wzajemne ułożenie w obu łańcuchach budujących cząsteczkę DNA umożliwiają tworzenie się pomiędzy określonymi zasadami wiązań wodorowych. W cząsteczce DNA powstają one pomiędzy:

• adeniną i tyminą – podwójne wiązanie wodorowe;

• cytozyną i guaniną – potrójne wiązanie wodorowe.

W 1959 r. Erwin Chargaff stwierdził, że stosunki ilościowe guaniny do cytozyny oraz adeniny do tyminy są prawie takie same dla DNA wszystkich badanych gatunków, zaś stosunek adeniny do guaniny znacząco się waha. Zależność ta jest znana jako reguła (zasada) Chargaffa, a jej odkrycie pozwoliło później określić regułę komplementarności zasad azotowych, według której w cząsteczce DNA adenina łączy się z tyminą, a cytozyna z guaniną.

W poniższej tabeli przedstawiono skład zasad wyznaczony doświadczalnie dla danych organizmów.

Indeks górny Na podstawie: Berg Jeremy M. i in., tłum. Zofia Szweykowska‑Kulińska, Artur Jarmołowski, Warszawa 2021,  Wydawnictwo Naukowe PWN, s. 115. Indeks górny koniec^{Na podstawie: Berg Jeremy M. i in., tłum. Zofia Szweykowska‑Kulińska, Artur Jarmołowski, Warszawa 2021,  Wydawnictwo Naukowe PWN, s. 115.}

Reguła komplementarności zasad azotowychreguła komplementarności zasadReguła komplementarności zasad azotowych sprawia, że oba łańcuchy polinukleotydowe są względem siebie komplementarne, czyli sekwencja nukleotydów jednej nici wyznacza kolejność nukleotydów drugiej nici. Łańcuchy tworzące cząsteczkę DNA są antyrównoległeantyrównoległośćantyrównoległe, co oznacza, że biegną w przeciwnych kierunkach. Antyrównoległość łańcuchów DNA została omówiona w e‑materiale pt. Struktura przestrzenna DNA i RNAP1lSb6y16Struktura przestrzenna DNA i RNA.

DNA jest nośnikiem informacji genetycznej. Zakodowane są w nim informacje o liczbie, rodzaju i kolejności aminokwasów budujących białka. Białka natomiast pełnią zarówno funkcje strukturalne, jak i regulujące procesy zachodzące w komórkach (białka enzymatyczne) oraz na poziomie całego organizmu (trawienie, obrona organizmu przed patogenami). Rodzaje białek i ich funkcje zależą od rodzaju, liczby i kolejności nukleotydów w DNA.

Słownik