Párování bází: Porovnání verzí

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Smazaný obsah Přidaný obsah
JWBE (diskuse | příspěvky)
± Bild
+ nepřirozené páry bází + ref
Řádek 40: Řádek 40:


Jinou možností je tzv. [[wobbling|wobble párování]], které umožňuje úsporné rozeznávání kodonů pomocí [[tRNA]] molekul. Při wobble párování může například guanin vytvářet vazbu s uracilem; někdy je rekrutován [[inosin]], jenž má velmi obecné vazebné schopnosti a je schopen vázat se na C, A a U.<ref name="lodish">{{Citace monografie | titul=Molecular Cell Biology| příjmení=Lodish| jméno=Harvey| spoluautoři=''et al.''| rok=2004| vydavatel=W.H. Freedman and Company| místo=New York| isbn=0-7167-4366-3}}</ref>
Jinou možností je tzv. [[wobbling|wobble párování]], které umožňuje úsporné rozeznávání kodonů pomocí [[tRNA]] molekul. Při wobble párování může například guanin vytvářet vazbu s uracilem; někdy je rekrutován [[inosin]], jenž má velmi obecné vazebné schopnosti a je schopen vázat se na C, A a U.<ref name="lodish">{{Citace monografie | titul=Molecular Cell Biology| příjmení=Lodish| jméno=Harvey| spoluautoři=''et al.''| rok=2004| vydavatel=W.H. Freedman and Company| místo=New York| isbn=0-7167-4366-3}}</ref>

==Nepřirozené páry bází==
Vědcům se podařilo syntetizovat již mnoho kandidátů na nepřirozené nukleové báze, jen naprostá menšina z nich je však skutečně replikovatelná DNA polymerázami a ještě menší počet umožňuje transkripci do RNA. Pouze u jediného umělého páru nukleových bází byla dosud prokázána ''in vivo'' funkční ekvivalence s přirozenými páry (cytosin-guanin, adenin-thymin).

V r. 1989 se švýcarskému biochemikovi Stevenu Bennerovi a jeho týmu podařilo implementovat do struktury DNA modifikované [[nukleosid]]y '''iso-cytidin''' a '''iso-guanosin''' párující se vodíkovými můstky odlišně od C-G. Nové úseky byly ''in vitro'' schopné replikace a transkripce do RNA (přiřazování komplementárních deoxyribonukleotidů i ribonukleotidů).<ref name=" Benner_1989">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Switzer
| jméno = Christopher
| příjmení2 = Moroney
| jméno2 = Simon E.
| příjmení3 = Benner
| jméno3 = Steven A.
| titul = Enzymatic incorporation of a new base pair into DNA and RNA
| periodikum = Journal of the American Chemical Society
| rok vydání = 1989
| měsíc vydání = říjen
| ročník = 111
| typ ročníku = svazek
| číslo = 21
| strany = 8322-8323
| url = http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja00203a067
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1520-5126
| doi = 10.1021/ja00203a067
| jazyk = anglicky
}}</ref>
V roce 1990 publikoval objev dalších pozměněných nukleosidů, a sice uměle vytvořeného "'''κ'''" (chemicky 3-β-D-ribofuranosyl-(2,6-diaminopyrimidin)), párujícího se buďto s přirozeným [[xanthosin]]em ('''X''') (má však nestálý deoxyribonukleotid) nebo uměle vytvořeným "'''π'''" (chemicky 3-β-D-ribofuranosyl-(1-methyl-pyrazolo[<nowiki />4,3-d]pyrimidin-5,7(4H,6H)-dion)).<ref name="Benner_1990">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Piccirilli
| jméno = Joseph A.
| příjmení2 = Krauch
| jméno2 = Tilman
| příjmení3 = Moroney
| jméno3 = Simon E.
| spoluautoři = BENNER, Steven A.
| titul = Enzymatic incorporation of a new base pair into DNA and RNA extends the genetic alphabet
| periodikum = Nature
| odkaz na periodikum = Nature
| rok vydání = 1990
| měsíc vydání = leden
| den vydání = 4
| ročník = 343
| typ ročníku = svazek
| číslo = 6253
| strany = 33-37
| url = http://www.nature.com/nature/journal/v343/n6253/abs/343033a0.html
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1476-4687
| doi = 10.1038/343033a0
| pmid = 1688644
| jazyk = anglicky
}}</ref>

V r. 2002 vyvinul japonský biochemik se svým týmem další nepřirozený pár nukleových bází založených na [[purin]]u a [[pyridin]]u, fungující ''in vitro'' při transkripci a translaci, a sice "'''s'''" (chemicky 2-amino-8-(2-thienyl)purin) a "'''y'''" (chemicky pyridin-2-on).<ref name="Hirao_2002">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Hirao
| jméno = Ichiro
| spoluautoři = a kol.
| titul = An unnatural base pair for incorporating amino acid analogs into proteins
| periodikum = Nature Biotechnology
| rok vydání = 2002
| měsíc vydání =
| den vydání =
| ročník = 20
| typ ročníku = svazek
| číslo = 2
| strany = 177-182
| url = http://www.nature.com/nbt/journal/v20/n2/abs/nbt0202-177.html
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1546-1696
| doi = 10.1038/nbt0202-177
| pmid = 11821864
| jazyk = anglicky
}}</ref> V roce 2006 pak vytvořili další takový pár, "'''Ds'''" (chemicky 7-(2-thienyl)imidazo[<nowiki />4,5-b]pyridin) a "'''Pa'''" (chemicky pyrrol-2-karbaldehyd)<ref name="Hirao_2006">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Hirao
| jméno = Ichiro
| spoluautoři = a kol.
| titul = An unnatural hydrophobic base pair system: site-specific incorporation of nucleotide analogs into DNA and RNA
| periodikum = Nature Methods
| rok vydání = 2006
| měsíc vydání = srpen
| den vydání = 23
| ročník = 3
| typ ročníku = svazek
| číslo = 9
| strany = 729-735
| url = http://www.nature.com/nmeth/journal/v3/n9/abs/nmeth915.html
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1548-7105
| doi = 10.1038/nmeth915
| pmid = 16929319
| jazyk = anglicky
}}</ref> a v r. 2009 objevili, že vhodnější chování má pár "Ds" s nově vytvořenou bází "'''Px'''" (chemicky 4-[<nowiki />3-(6-aminohexanamido)-1-propynyl]-2-nitropyrrol).<ref name="Kimoto_2013">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Kimoto
| jméno = Michiko
| spoluautoři = a kol.
| titul = Generation of high-affinity DNA aptamers using an expanded genetic alphabet
| periodikum = Nature Biotechnology
| rok vydání = 2013
| měsíc vydání = duben
| den vydání = 7
| ročník = 31
| typ ročníku = svazek
| číslo = 5
| strany = 453-457
| url = http://www.nature.com/nbt/journal/v31/n5/abs/nbt.2556.html
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1548-7105
| doi = 10.1038/nbt.2556
| pmid = 23563318
| jazyk = anglicky
}}</ref>

Skupina amerických vědců vedených Floydem Romesbergem v r. 2008 vytvořila další pár nukleových bází nazvaných "'''5SICS'''" a "'''NaM'''" (jako deoxynukleotidy značeny d5SICS resp. dNaM). Ty již nejsou odvozeny z [[purin]]u a [[pyrimidin]]u, ale obě obsahují dva kondenzované aromatické cykly. V r. 2012 tým vedený Denisem Malyshevem publikoval funkčnost těchto bází při replikaci ''in vitro'',<ref name="Malyshev_2012">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Malyshev
| jméno = Denis A.
| spoluautoři = a kol.
| titul = Efficient and sequence-independent replication of DNA containing a third base pair establishes a functional six-letter genetic alphabet
| periodikum = Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS)
| rok vydání = 2012
| měsíc vydání = červenec
| den vydání = 24
| ročník = 109
| typ ročníku = svazek
| číslo = 30
| strany = 12005–12010
| url = http://www.pnas.org/content/109/30/12005.abstract
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1091-6490
| doi = 10.1073/pnas.1205176109
| pmid = 22773812
| jazyk = anglicky
}}</ref> v r. 2014 pak úspěšné uplatnění ''in vivo''. Vědci přidali do buňky [[bakterie]] ''[[Escherichia coli]]'' plazmid s novými bázemi. Bakterie s plazmidem se rozmnožovaly, jako by byly úplně obyčejné. Uměle syntetizované báze, nutné pro toto množení, byly dodávány z vnějšího prostředí (jejich syntézu buňka neumí) pomocí přenosového aparátu vypůjčeného z řas – gen pro jeho tvorbu byl vložen do genomu bakterie. Nový pár se tak ukázal plně funkčně ekvivalentní přirozeným párům nukleových bází.<ref name="Malyshev_2014">{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Malyshev
| jméno = Denis A.
| spoluautoři = a kol.
| titul = A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet
| periodikum = Nature
| odkaz na periodikum = Nature
| rok vydání = 2014
| měsíc vydání = květen
| den vydání = 7
| ročník = 509
| typ ročníku = svazek
| číslo = 7500
| strany = 385–388
| url = http://www.nature.com/nature/journal/v509/n7500/full/nature13314.html
| dostupnost2 =
| url2 =
| issn = 1476-4687
| doi = 10.1038/nature13314
| pmid = 24805238
| jazyk = anglicky
}}</ref><ref>JOHN, Radek: Vědci stvořili bakterii s novým genetickým kódem. Týden, 12. květen 2014. [http://www.tyden.cz/rubriky/veda/technologie/vedci-stvorili-bakterii-ktera-ma-v-genetickem-kodu-o-dva-znaky-vic_306379.html Dostupné online]</ref>


== Reference ==
== Reference ==

Verze z 27. 5. 2014, 14:20

Párování bází je označení pro způsob, jímž jsou nukleové báze (ať v DNA či v RNA) navzájem pospojovány pomocí vodíkových můstků. V typickém případě se párování bází odehrává na základě základních watson-crickovských pravidel komplementarity, tzn. báze adenin (A) páruje s thyminem (T) [či s uracilem v dsRNA] a báze guanin (G) páruje s cytosinem.[1] Existují však i alternativní možnosti párování, které umožňují vznik některých méně obvyklých situací.

Pro komplementární pár bází (base pair) se používá zkratka bp.[1]

Watson-crickovské párování

Dvěma základními páry v typické dvouvláknové DNA je AT pár (adenin + thymin) a GC pár (guanin + cytosin), v dvouvláknové RNA se vyskytuje GC pár rovněž, ale druhým základním párem je AU pár (adenin+uracil). Pro tyto komplementární páry platí, že jedna z nukleových bází je vždy purin (A či G), druhá je pyrimidin (C, T, U).[1] Jakékoliv jiné kombinace nukleových bází by silně deformovaly dvoušroubovici B-DNA a proto se v živých organismech téměř nevyskytují.[2]

V GC páru jsou mezi guaninem a cytosinem tři vodíkové můstky, zatímco v AT páru jsou pouze dva. V učebnicích se běžně uvádí, že přítomnost tří vodíkových vazeb mezi G a C je důvodem vyšší stability oblastí DNA bohatých na GC páry.[3] Ve skutečnosti jsou pravou příčinou tohoto jevu silné patrové interakce mezi nad sebou umístěným guaninovou a cytosinovou nukleovou bází.[4]

Chargaffova pravidla říkají, že v DNA je stejný počet adeninových a thyminových zbytků (A = T), to samé platí pro guanin s cytosinem (G = C). To však nic neříká o tom, v jakém poměru jsou GC a AT páry v molekule DNA. Ve skutečnosti se tzv. obsah GC (GC content), tedy zastoupení GC párů v DNA, pohybuje u bakterií od 25 do 75 %, u savců v rozmezí 39-46 %.[2]

Alternativní párování bází

G kvartet, ukázka alternativního párování

Existuje celá řada dalších možností, jak pomocí vodíkových můstků spárovat báze, neboť atomů schopných podílet se na vzniku vodíkových vazeb je na molekulách purinů i pyrimidinů celá řada. Samostatnou kapitolou je tzv. hoogsteenovské párování pojmenované podle Karsta Hoogsteena, který je v 60. letech 20. století jako první popsal.[5] Co se týče vazeb mezi adeninem a thyminem, hoogsteenovské páry vznikají buď mezi NH2 skupinou adeninu a ketoskupinou thyminu, nebo mezi N7 dusíkem adeninu a vodíkem na C1 thyminu. Podobně mezi guaninem a cytosinem může vznikat alternativní párování mezi ketoskupinou na šesté pozici guaninu a aminoskupinou na čtvrtém uhlíku cytosinu, případně mezi dusíkem na sedmé pozici guaninu a protonovaným dusíkem na pozici N1 cytosinu.[1] Hoogsteenovské párování umožňuje vznik tzv. trojvláknové DNA (tripl-helixu). Mezi čtyřmi do čtverce uspořádanými guaniny dokonce může vzniknout tetraplex, tzv. G-kvartet.[5]

Jinou možností je tzv. wobble párování, které umožňuje úsporné rozeznávání kodonů pomocí tRNA molekul. Při wobble párování může například guanin vytvářet vazbu s uracilem; někdy je rekrutován inosin, jenž má velmi obecné vazebné schopnosti a je schopen vázat se na C, A a U.[6]

Nepřirozené páry bází

Vědcům se podařilo syntetizovat již mnoho kandidátů na nepřirozené nukleové báze, jen naprostá menšina z nich je však skutečně replikovatelná DNA polymerázami a ještě menší počet umožňuje transkripci do RNA. Pouze u jediného umělého páru nukleových bází byla dosud prokázána in vivo funkční ekvivalence s přirozenými páry (cytosin-guanin, adenin-thymin).

V r. 1989 se švýcarskému biochemikovi Stevenu Bennerovi a jeho týmu podařilo implementovat do struktury DNA modifikované nukleosidy iso-cytidin a iso-guanosin párující se vodíkovými můstky odlišně od C-G. Nové úseky byly in vitro schopné replikace a transkripce do RNA (přiřazování komplementárních deoxyribonukleotidů i ribonukleotidů).[7] V roce 1990 publikoval objev dalších pozměněných nukleosidů, a sice uměle vytvořeného "κ" (chemicky 3-β-D-ribofuranosyl-(2,6-diaminopyrimidin)), párujícího se buďto s přirozeným xanthosinem (X) (má však nestálý deoxyribonukleotid) nebo uměle vytvořeným "π" (chemicky 3-β-D-ribofuranosyl-(1-methyl-pyrazolo[4,3-d]pyrimidin-5,7(4H,6H)-dion)).[8]

V r. 2002 vyvinul japonský biochemik se svým týmem další nepřirozený pár nukleových bází založených na purinu a pyridinu, fungující in vitro při transkripci a translaci, a sice "s" (chemicky 2-amino-8-(2-thienyl)purin) a "y" (chemicky pyridin-2-on).[9] V roce 2006 pak vytvořili další takový pár, "Ds" (chemicky 7-(2-thienyl)imidazo[4,5-b]pyridin) a "Pa" (chemicky pyrrol-2-karbaldehyd)[10] a v r. 2009 objevili, že vhodnější chování má pár "Ds" s nově vytvořenou bází "Px" (chemicky 4-[3-(6-aminohexanamido)-1-propynyl]-2-nitropyrrol).[11]

Skupina amerických vědců vedených Floydem Romesbergem v r. 2008 vytvořila další pár nukleových bází nazvaných "5SICS" a "NaM" (jako deoxynukleotidy značeny d5SICS resp. dNaM). Ty již nejsou odvozeny z purinu a pyrimidinu, ale obě obsahují dva kondenzované aromatické cykly. V r. 2012 tým vedený Denisem Malyshevem publikoval funkčnost těchto bází při replikaci in vitro,[12] v r. 2014 pak úspěšné uplatnění in vivo. Vědci přidali do buňky bakterie Escherichia coli plazmid s novými bázemi. Bakterie s plazmidem se rozmnožovaly, jako by byly úplně obyčejné. Uměle syntetizované báze, nutné pro toto množení, byly dodávány z vnějšího prostředí (jejich syntézu buňka neumí) pomocí přenosového aparátu vypůjčeného z řas – gen pro jeho tvorbu byl vložen do genomu bakterie. Nový pár se tak ukázal plně funkčně ekvivalentní přirozeným párům nukleových bází.[13][14]

Reference

  1. a b c d Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology; revised edition. Příprava vydání R. Cammack et al. New York: Oxford university press, 2006. ISBN 0-19-852917-1. 
  2. a b VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemie. 1.. vyd. Praha: Victoria Publishing, 1995. ISBN 80-85605-44-9. 
  3. Robert K. Murray; Daryl K. Granner; Joe C. Davis; Peter A. Mayes; Victor W. Rodwell. Harper’s Illustrated Biochemistry; twenty-sixth edition. [s.l.]: [s.n.], 2003. ISBN 0-07-138901-6. 
  4. YAKOVCHUK, P.; PROTOZANOVA, E.; FRANK-KAMENETSKII, M. D. Base-stacking and base-pairing contributions into thermal stability of the DNA double helix. Nucleic Acids Res.. 2006, roč. 34, čís. 2, s. 564-74. Dostupné online. ISSN 1362-4962. 
  5. a b NELSON, David L.; COX, Michael M. Lehninger principles of biochemistry. 5. vyd. New York: W. H. Freeman and Company, 2008. ISBN 978-0-7167-7108-1. 
  6. LODISH, Harvey, et al.. Molecular Cell Biology. New York: W.H. Freedman and Company, 2004. ISBN 0-7167-4366-3. 
  7. SWITZER, Christopher; MORONEY, Simon E.; BENNER, Steven A. Enzymatic incorporation of a new base pair into DNA and RNA. S. 8322-8323. Journal of the American Chemical Society [online]. Říjen 1989. Svazek 111, čís. 21, s. 8322-8323. Dostupné online. ISSN 1520-5126. DOI 10.1021/ja00203a067. (anglicky) 
  8. PICCIRILLI, Joseph A.; KRAUCH, Tilman; MORONEY, Simon E., BENNER, Steven A. Enzymatic incorporation of a new base pair into DNA and RNA extends the genetic alphabet. S. 33-37. Nature [online]. 4. leden 1990. Svazek 343, čís. 6253, s. 33-37. Dostupné online. ISSN 1476-4687. DOI 10.1038/343033a0. PMID 1688644. (anglicky) 
  9. HIRAO, Ichiro, a kol. An unnatural base pair for incorporating amino acid analogs into proteins. S. 177-182. Nature Biotechnology [online]. 2002. Svazek 20, čís. 2, s. 177-182. Dostupné online. ISSN 1546-1696. DOI 10.1038/nbt0202-177. PMID 11821864. (anglicky) 
  10. HIRAO, Ichiro, a kol. An unnatural hydrophobic base pair system: site-specific incorporation of nucleotide analogs into DNA and RNA. S. 729-735. Nature Methods [online]. 23. srpen 2006. Svazek 3, čís. 9, s. 729-735. Dostupné online. ISSN 1548-7105. DOI 10.1038/nmeth915. PMID 16929319. (anglicky) 
  11. KIMOTO, Michiko, a kol. Generation of high-affinity DNA aptamers using an expanded genetic alphabet. S. 453-457. Nature Biotechnology [online]. 7. duben 2013. Svazek 31, čís. 5, s. 453-457. Dostupné online. ISSN 1548-7105. DOI 10.1038/nbt.2556. PMID 23563318. (anglicky) 
  12. MALYSHEV, Denis A., a kol. Efficient and sequence-independent replication of DNA containing a third base pair establishes a functional six-letter genetic alphabet. S. 12005–12010. Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS) [online]. 24. červenec 2012. Svazek 109, čís. 30, s. 12005–12010. Dostupné online. ISSN 1091-6490. DOI 10.1073/pnas.1205176109. PMID 22773812. (anglicky) 
  13. MALYSHEV, Denis A., a kol. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet. S. 385–388. Nature [online]. 7. květen 2014. Svazek 509, čís. 7500, s. 385–388. Dostupné online. ISSN 1476-4687. DOI 10.1038/nature13314. PMID 24805238. (anglicky) 
  14. JOHN, Radek: Vědci stvořili bakterii s novým genetickým kódem. Týden, 12. květen 2014. Dostupné online