DNA je zásadní molekula života na Zemi - je v ní zašifrován návod na výrobu veškerých bílkovin, které naše těla nejen tvoří, ale i řídí jejich provoz (enzymy). Jak vlastně DNA funguje?

DNA i bílkoviny jsou řetízky různých molekul

DNA je dlouhý řetízek sestavený ze čtyř různých molekul, které lidé označili písmeny A, T, G, C - podle názvů jednotlivých molekul: Adenin, Thymin, Guanin a Cytosin. V buňce tvoří DNA většinou dvoušroubovici, kdy jedno její vlákno je "opleteno" druhým tak, aby proti naproti sobě byly vždy buď písmenka "A" a "T" nebo "G" a "C".

Obdobně si lidé označili písmeny i jednotlivé aminokyseliny v bílkovinách, které tvoří těla všech organizmů na Zemi. Těch je celkem 22, takže kromě písmen "B", "J, "X" a "Z" je využita celá abeceda (latinka). Veškeré bílkoviny jsou vlastně také dlouhý řetízek těchto písmen, stočený různě do sebe.

Pořadí písmen v DNA šifruje pořadí písmen v bílkovině

Jednotlivá písmena DNA i bílkovin jsou sice různé molekuly, přesto ale písmena DNA buňce říkají, jaké písmeno bude v té či oné pozici v bílkovině. Jak je to vůbec možné, když DNA tvoří jen 4 různá písmena (molekuly) a v bílkovině je jich 22? Jednoduše, DNA je totiž šifra a každé písmeno bílkoviny určuje vždy trojice písmenek v DNA (tzv. kodón)- pokud si vypočteme počet možných kombinací zjistíme, že trojice DNA písmen by mohla šifrovat až 4 * 4 * 4 = 64 různých aminokyselin. Tolik jich ale není a tak některé aminokyseliny v bílkovině jsou šifrovány několika různými kodóny (trojicemi písmen) DNA.

Začátek šifrování určuje "M" a okolní sekvence

Jestliže šifru tvoří vždy trojice, jak buňka pozná, odkud začít? Vždyť třeba kousek DNA výše by se dal rozdělit do trojic 3 různými způsoby a každý z nich by šifroval úplně jinou bílkovinu:

Buňky to vyřešily tak, že většina proteinů začíná aminokyselinou Methionin, která je šifrováná jedním jediným DNA kodónem - ATG. Písmeno "M" může být samozřejmě ale i kdekoliv dále v bílkovině, jak buňka pozná, že začátek šifry pro bílkovinu je zrovna zde a nikoliv třeba na "ATG" o několik kodónů (trojic) dále? Ten správný startovní kodón je totiž většinou předcházen specifickou kombinac9 písmenek v DNA, které buňce říkají, že se jedná o správný "startovací" kodón.

Konec šifrování určuje STOP-kodón

Ne všechny ze 64 možných kodónů šifrují nějakou aminokyselinu v bílkovině. Tři z nich - konkrétně TAA, TGA a TAG slouží jako tzv. STOP-kodóny: nešifrují žádnou aminokyselinu a výroba bílkoviny se na nich zastavuje. Ve speciálních případech může buňka místo dvou z nich - "TGA" a "TAG" - dosadit aminokyselinu selenocystein ("U") nebo pyrolysin ("O").

Překlad DNA šifry probíhá na ribozómech

V programu DNA šifrovač šifru DNA zpracovává počítač - jak to ale probíhá v buňce? Ta má pro tyto účely speciální útvary zvané ribozomy, které podle šifry z DNA vyrábí proteiny. Jelikož vlastně provádějí "překlad" z genetického kódu z DNA do jazyka bílkovin, nazývá se tento proces translace. A aby to nebylo tak jednoduché, tak ribozómy neumí pracovat s DNA. Buňka proto musí jednotlivé kousíčky DNA, podle nichž chce vytvořit bílkovinu ( = geny), nejprve "přepsat" do RNA - to je molekula, která se DNA podobá, ale místo písmene "T" má písmeno "U" (Uracil). Jelikož v tomto případě buňka "přepisuje", hovoříme o transkripci.

Na rozdíl od našeho šifrovacího programu, ale buňka pracuje jen jedním směrem "DNA -> RNA -> bílkovina", DNA podle bílkovin vytvořit neumí.