2007-01-25 23:06 #0 av: Faxlin

DNA (förkortning av engelska deoxyribo-nucleic-acid), deoxiribonukleinsyra, komplicerad makromolekyl som utgör genomet (arvsmassan) hos alla kända levande organismer (huvudkomponent i kromosomer) samt hos flera virus.

 

DNA-molekylen kan liknas vid en planritning efter vilken proteinerna och cellerna i en organism byggs upp. En mekanism med vilken DNA-molekylen kan kopiera sig själv utgör grundförutsättningen för biologisk tillväxt (celldelning) och för överföring av genetisk information från en generation till en annan (fortplantning). Den biologiska utvecklingen och arternas ursprung (evolutionen) har sin grund i mer eller mindre slumpvisa förändringar inom DNA-molekylen.

Ett hisnande faktum är att det till stora delar är samma DNA-molekyl som ger upphov till olika organismer, vare sig dessa är bakterier, växter, djur eller människor.

För att förstå hur DNA-molekylen kan bestämma uppbyggnaden av proteiner och hur den kan fortplanta sig själv behöver man känna till dess egen uppbyggnad. Makromolekylen DNA består av tusentals enheter, nukleotider, vilka med kovalenta bindningar är kopplade till varandra i en lång kedja. Varje nukleotid består av en fosfatgrupp, en sockergrupp (deoxiribos) samt en av fyra möjliga heterocykliska kvävebaser: adenin (A), tymin (T), guanin (G) eller cytosin (C). Ordningsföljden mellan dessa baser i kedjan (bas-sekvensen) utgör grunden för en informationskod, ett genetiskt språk, där alfabetet består av fyra bokstäver: A, T, G och C.

Hur ett protein skall byggas upp uttrycks i detta språk med hjälp av "ord" med tre bokstäver, vart och ett svarande mot en aminosyra i proteinet (den genetiska koden). Så är t.ex. ordet TTT (dvs. tre tymin i rad) kod för aminosyran fenylalanin. Med fyra bokstäver kan 43 (dvs. 64) olika kodord om tre bokstäver skrivas; eftersom endast ca 20 olika aminosyror förekommer i naturliga proteiner är antalet möjliga kodord mer än tillräckligt. Ordningsföljden mellan dessa kodord längs DNA-kedjan definierar i sin tur i vilken ordning aminosyrorna skall vara bundna till varandra i proteinet. En gen som beskriver hur t.ex. ett protein innehållande 200 aminosyror skall syntetiseras i cellen kodas således av en DNA-sekvens på 600 baser. Detta budskap överförs från DNA i cellkärnan med hjälp av en annan nukleinsyra, ribonukleinsyra (RNA), till ribosomerna i cytoplasman där syntesen av proteinerna sker. Avläsningen av DNA-koden sker genom att s.k. mRNA (messenger-RNA) byggs upp som en komplementär (se nedan) "avgjutning" av cellkärnans DNA (transkription).

  • DNA föreligger vanligen som en dubbelspiral innehållande två DNA-kedjor bundna till varandra med vätebindningar mellan kvävebaserna. Sådana bindningar bildas bara mellan adenin och tymin samt mellan guanin och cytosin (AT- resp. GC-baspar). P.g.a. en asymmetri hos sockergruppen i fosfatdeoxiriboskedjan, som utgör ryggraden i DNA-kedjan, får denna i allmänhet formen av en högerskruv. Med DNA-basparen i centrum får dubbelspiralen härigenom utseendet av en spiraltrappa där trappstegen motsvarar de flata baserna staplade med sina molekylplan vinkelräta mot spiralaxeln. Varje varv i spiralen omfattar tio baspar och svarar mot en höjd av 3,4 nm (nanometer) längs spiralaxeln; diametern hos dubbelspiralen är ca 2nm. Längden hos en DNA-molekyl kan vara avsevärd. En mänsklig cell innehåller i runda tal 1010 baspar fördelade på 46 kromosomer. Imedeltal kommer varje kromosom att innehålla en 0,341010 nm/46v7cm lång DNA-molekyl. Den totala DNA-längden, som alltså uppgår till flera meter, skall packas samman i cellkärnan, vilken i en mänsklig cell har en diameter av ca 10-5m. Denna packningsprestation sker i ett komplex, kromatin, mellan DNA och histonproteiner.

Strukturen hos DNA-dubbelspiralen beskrevs 1953 av James D. Watson och Francis Crick på basis av bl.a. Rosalind Franklins röntgendiffraktionsbilder från fibrer av naturligt DNA. De erhöll, tillsammans med Maurice Wilkins, som givit ytterligare experimentellt stöd åt deras teori, 1962 års nobelpris i medicin eller fysiologi. På senare tid, då organiska kemister lyckats syntetisera korta DNA-kedjor (oligonukleotider) som gått att kristallisera, har man med hjälp av röntgenkristallografi fått exakta bilder av DNA-molekylers rymdstruktur. De bekräftar dubbelspiralteorin, men visar också på strukturella oregelbundenheter beroende på val av bas-sekvens. Sådana strukturskillnader kan tänkas ha betydelse för hur reglerproteiner känner igen sina respektive bindningsställen på DNA då de skall kontrollera vilka gener som skall aktiveras (uttryckas) i cellen i fråga. Härigenom bestämmer DNA också differentieringen mellan olika celler. Samma DNA finns t.ex i en viss nervcell som i en hudcell, men genom att olika gener uttrycks och därigenom olika proteiner syntetiseras kan cellerna få helt olika utseenden, egenskaper och uppgifter.

DNA-molekylens andra viktiga egenskap, att kunna överföra den genetiska informationen till efterkommande generationer, hänger samman med dess dubbelkedjestruktur och det faktum att mot varje kvävebas på den ena kedjan svarar entydigt en bestämd bas på den andra. Denna komplementaritet innebär att den ena kedjan kan betraktas som ett negativt avtryck av den andra, vilket kan utnyttjas för att skapa en (positiv) kopia ungefär som vid bildreproduktion. Reproduktionen av DNA, replikationen, går till så att de två kedjorna före celldelningen först spjälkas från varandra. Enkelkedjorna tjänar sedan var och en som mall för uppbyggnaden av en ny dubbelkedjig DNA-molekyl genom successiv anslutning av respektive komplementära nukleotider, vilka binds samman med hjälp av enzym. De två uppkomna dubbelspiralerna blir båda exakta kopior av den ursprungliga DNA-molekylen.

DNA-molekylen kan skadas av högenergetisk strålning och av vissa kemiska ämnen. Cellen har ett system för att reparera skador på DNA, men reparationerna sker inte alltid felfritt och bestående förändringar, mutationer, kan uppkomma i arvsmassan.

Under 1970-talet medförde tillkomsten av s.k. hybrid-DNA-metoder eller rekombinant-DNA-metoder möjligheter för forskarna att i detalj styra de genetiska processerna, t.ex. för att låta bakterier producera medicinskt användbara proteiner. Numera är även överförandet av gener mellan olika arter t.o.m. på däggdjursnivå en välkänd och vida utnyttjad teknik.
Se vidare genteknik.

 

Av: ÅsaF

Datum för publicering

  • 2007-01-25