DNA, neboli kyselina deoxyribonukleová. Její molekula je tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci (přitom jeden řetězec má směr fosfodiesterových vazeb 5' » 3' a druhý 3' » 5' => hovoříme o 3' případně 5' konci). Její cukerná složka je 5C cukr 2-deoxy-D-ribóza (oproti normální ribóze jí v poloze 2' chybí kyslík ). Jakožto dusíkaté báze jsou zastoupeny deriváty purinu (Adenin, Guanin) a pyrimidinu (Cytosin, Thymin). Mezi N-bázemi protějších vláken dochází k vazebným interakcím. Mluvíme zde o zákonu komplementarity, Spolu se váží vždy jen 2 specifické N-báze (vždy 1 báze pyrimidinová a 1 purinová) a to sice Adenin a Thymin (spojeny 2 vodíkovými můstky) a Cytosinem a Guaninem (3 vodíkové můstky). Z toho plyne, že platí tato rovnice (A+C)/(T+G)=1, naopak (A+T)/(C+G) bývá asi 0,25 - 0,75. Mezi sousedními bázemi navíc působí van der Waalsovy síly (pomáhají k celkové stabilitě molekuly).

Obě polynukleotidová vlákna (primární struktura DNA) vytváří (nejčastěji) pravotočivou šroubovici označovanou jako double helix (sekundární struktura DNA).

Obrázek 1 - Základní stavba DNA

Obrázek 2 - Párování bazí (Adenin + Thymin)

Obrázek 3 - Párování bazí (Cytosin + Guanin)

Obrázek 4 - Deoxyribóza vs. ribóza

Jako denaturaci DNA označujeme jev, kdy dojde (např. zvýšenou teplotou, extrémním pH...) k oddělení obou vláken od sebe. Nejde přitom o permanentní oddělení - vlákna se mohou opět připojit k sobě (nebo se mohou spojit s jiným komplementárním vláknem) - to označujeme jako hybridizaci. Hybridazace nachází využití v metodách molekulárně genetické diagnózy nebo metodách rekombinantní DNA.

V eukaryotní buňce existuje ještě nadstavbová struktura DNA v komplexu s bílkovinami - vizte kapitolu o stavbě chromozomů

Replikace DNA

Jak již bylo řečeno, právě replikace DNA je schopnost zajišťující dědičnost. Pro rozmnožování je nezbytné, aby potomek dostal plnohodnotnou genetickou informaci. Při replikaci vzniknou z jedné mateřské molekuly DNA dvě naprosto stejné DNA dceřiné (každá s jedním vláknem z původní DNA). Klíčovou roli při replikaci DNA mají enzymy (DNA polymerázy). U člověka se vyskytuje 5 druhů enzymů označované jako DNA dependentní DNA polymerázy. Při své práci vždy postupují od konce 5' ke konci 3'. Aby DNA polymeráza mohla zahájit připojování nukleotidů nového vlákna DNA, musí být vodíkové můstky = vazby mezi oběma vlákny nejprve narušeny (využití DNA dependentní RNA polymerázy). Místa kde tato narušení vzniknou jsou označovány jako replikační počátky. U bakterií bychom takovýto počátek našli pouze jeden, zatímco mnohem větší lidská DNA vytváří takovýchto počátků okolo 10 000. To jí umožňuje zreplikovat se také v poměrně krátké době. Poté co jsou k předlohovým (templátovým) vláknům dosyntetizována vlákna nová, je replikace DNA dokončena. DNA polymeráza udělá 1 chybu asi na 10⁷ zreplikovaných bází (teoreticky mohou vznikat i dvojice G-T a A-C, jsou ovšem mnohem méně stabilní), navíc má sama korekční funkci. Replikace DNA je semikonzervativní děj, neboť v obou nově vzniklých DNA je jedno vlákno z původní dvoušroubovice.

V eukaryotních buňkách rozlišujeme několik typů DNA polymeráz - (α, β, γ, δ). Vzhledem k tomu, že polymerázová aktivita je pouze ve směru od 5' konce ke 3' konci (je důležité si uvědomit, že polymerasa čte matrici - vlákno DNA - ve směru 3' → 5', zatímco syntéza RNA řetězce probíhá ve směru 5' → 3'.) - může tímto směrem probíhat replikace pouze na jednom vlákně. Na tomto vláknu probíhá replikace kontinuálně a označujeme je jako vedoucí řetězec. Na druhém řetězci je situace složitější. Replikace zde probíhá proti směru rozplétání dvoušroubovice a to diskontinuálně po menších úsecích. Tyto části se nazývají Okazakiho fragmenty a celý řetěz nazýváme opožďující se řetězec. Takto vzniklé fragmenty napojí k sobě do jednolitého vlákna enzym DNA ligáza. Posledním enzymem, který je nezbytný pro replikaci je DNA primáza. DNA polymeráza totiž neumí zahájit polymeraci od jediného nukleotidu - proto zde nastupuje právě DNA primáza (což je vlastně DNA dependentní RNA polymeráza), která nasyntetizuje krátký úsek RNA - tzv. primer - od kterého už může DNA polymeráza zahájit polymeraci. Takovýto primer vznikne nejen na vedoucím řetězci, ale musí vzniknout i před každým Okazakiho fragmentem na opožďujícím se řetězci. Primery jsou posléze vyštěpeny - chybějící úseky dosyntetizovány a vlákno je spojeno DNA ligázou.

Obrázek 5 - Schéma replikace DNA