Denoxyribonukleinsyre eller DNA er et molekyle, som er bærer af genetisk information i næsten alle levende organismer. Det indeholder de biologiske instruktioner for organismers udvikling, overlevelse og reproduktion.DNA findes i cellens kerne, hvor det er pakket ind i en kompakt form kaldet et kromosom ved hjælp af flere proteiner, der er kendt som histoner. Det findes også i cellestrukturer kaldet mitokondrier. Hos prokaryoter er DNA imidlertid ikke omsluttet af en kerne eller en membran, men findes i cytoplasmaet. DNA’et i prokaryoter er generelt cirkulært og superviklet uden nogen histoner. DNA lagrer genetisk information som en sekvens af nukleotider i særlige områder, der er kendt som gener, som bruges til at fremstille proteiner. Udtrykket af genetisk information til proteiner er en proces i to faser, hvor sekvensen af nukleotider i DNA omdannes til et molekyle kaldet Ribonukleinsyre eller RNA ved en proces, der kaldes transkription. RNA bruges til at fremstille proteiner ved en anden proces, der kaldes translation. Det menneskelige genom indeholder næsten 3 109 baser med ca. 20 000 gener fordelt på 23 kromosomer.

DNA blev først opdaget af den tyske biokemiker Frederich Miescher i 1869. På grundlag af Erwin Chargaffs, James Watsons, Francis Cricks, Maurice Wilkins og Rosalind Franklins arbejde blev DNA’s struktur opdaget i 1953. DNA’s struktur er som følger: to komplementære polynukleotidstrenge, der løber i modsat retning og holdes sammen af hydrogenbindinger mellem dem. Denne struktur hjælper DNA’et med at replikere sig selv under celledeling og gør det også muligt for en enkelt streng at tjene som skabelon under transkription.

• 1 Funktioner ved et DNA-molekyle
  • 1.1 Dobbeltspiral
  • 1.2 Komplementære baser
  • 1.3 DNA denaturering og renaturering
  • 1.4 Grooves
• 2 Biologiske funktioner
  • 2.1 Replikation
  • 2.2 Transskription og translation
• 3 Former af DNA
• 4 Historien om DNA’s struktur
• 5 DNA-modeller

Funktioner af et DNA-molekyle

Dobbeltspiral

består af to polynukleotidkæder, . Den i DNA er sammensat af en bundet til 5′, som er forbundet med en beta-glykosidisk binding til et purin eller et pyrimidin . Ribose er en af de vigtigste faktorer, der bestemmer, hvilken af DNA-formerne der er til stede. I denne scene, som viser B-DNA, er 2′-kulstoffet ude af plan med de andre medlemmer af den femledede ring. I , er 3′-kulstoffet ude af riboseringens plan. de fire typer baser er de to dobbeltringede purinbaser og og de to enkeltringede pyrimidinbaser og . Hydrogenatomer på nogle nitrogen- og oxygenatomer kan undergå tautomere forskydninger. De nitrogenatomer, der er involveret i dannelsen af tautomer, fremstår som amino- eller imingrupper, og oxygenatomerne er enten i keto- eller enolform. Der er en præference for amino- og keto-formerne, hvilket er meget afgørende for DNA’s biologiske funktion, da det giver en med deoxyribose, og det fører til specificitet i hydrogenbindingen i baseparring og dermed til komplementaritet af kæderne. Imino nitrogen kan kun fungere som et donerende atom i hydrogenbindingen, men amino nitrogen kan også fungere som et modtagende atom. Hvert nukleotid i en DNA-kæde er forbundet med et andet via . Der er fire nukleotider i DNA. Sukker-fosfat-ryggen i DNA er meget regelmæssig på grund af fosfodiesterbindingen, mens rækkefølgen af baser er meget uregelmæssig.

A C G T

Puriner Pyrimidiner

Komplementære baser

De to kæder i et DNA er forbundet ved hjælp af hydrogenbindinger mellem specifikke baser. Adenin danner basepar med thymin og guanin med cytosin. Denne specifikke baseparring mellem og er kendt som Watson-Crick-baseparring. Den specifikke hydrogenbinding mellem baserne fører til komplementaritet i sekvensen af nukleotider i de to kæder. I en DNA-streng er indholdet af adenin således lig med indholdet af thymin, og indholdet af guanin er lig med indholdet af cytosin. Generelt er DNA med et højere GC-indhold mere stabilt end DNA med et højere AT-indhold på grund af den stabilisering, der skyldes base stacking interaktioner.

DNA denaturering og renaturering

En DNA-dobbeltstreng kan adskilles til to enkeltstrenge ved at bryde hydrogenbindingerne mellem dem. Dette er kendt som DNA denaturering. Termisk energi, der tilvejebringes ved opvarmning, kan bruges til at smelte eller denaturere DNA. Molekyler med et højt GC-indhold er mere stabile og denatureres derfor ved højere temperaturer sammenlignet med molekyler med et højt AT-indhold. Smeltetemperaturen er defineret som den temperatur, ved hvilken halvdelen af DNA-strengene er i dobbeltspiralformet tilstand og halvdelen i tilfældig spoletilstand. De denaturerede DNA-enkelstrenge har en evne til at renaturere og danne dobbeltstrenget DNA igen.

Riller

I en af baser, der er parret til hinanden, men er placeret i en vinkel. Dette resulterer i ulige afstand mellem sukker-fosfat-backbones og giver anledning til to riller: den og den af forskellig bredde og dybde. De er på overfladen af den lille rille, og den store rille er på den modsatte side. Gulvet eller overfladen af major groove er fyldt med den . Den større størrelse af major groove giver mulighed for binding af DNA-specifikke proteiner.

Biologiske funktioner

Kilder:

Replikation

DNA gennemgår en såkaldt semi-konservativ replikationsmåde, hvor datter-DNA’et indeholder en DNA-streng fra forældrene. Replikationen foregår gennem afvikling af dobbeltspiralen efterfulgt af synteseprimere, hvorfra replikationen begynder. Et enzym DNA-polymerase syntetiserer komplementære strenge til hver forældrestreng fra 5′-3′-retningen.

Transkription og translation

Udtrykket af gener til proteiner og er en proces, der involverer to faser kaldet transkription og translation. I transkriptionsfasen tjener en streng af DNA-molekylet som skabelon for syntesen af et RNA-molekyle kaldet messenger RNA. Dette messenger-RNA oversættes derefter til proteiner på ribosomer.

DNA-former

For en sammenligning af de forskellige former for DNA, se DNA-former.

Historien om DNA’s struktur

Det følgende resumé er kopieret fra Atlas of Macromolecules med tilladelse:

Gener blev påvist at ligge i DNA i 1944 (Avery et al.), og dette blev bredt accepteret efter Hershey og Chase’s eksperimenter i 1952. DNA’s dobbeltspiralformede struktur blev forudsagt af James Watson og Francis Crick i 1953 (Nobelpris, 1962). Deres forudsigelse var delvist baseret på røntgendiffraktionsundersøgelser foretaget af Rosalind Franklin, som Watson og Maurice Wilkins ikke fik tilstrækkelig anerkendelse af. Den forudsagte B-dobbeltspiral blev først bekræftet ved hjælp af krystalstrukturer med atomar opløsning i 1973, først ved hjælp af RNA-dinukleotider (Rosenberg et al.). Den første krystalstruktur, der indeholdt mere end en hel omgang af dobbeltspiralen, blev først løst i 1980 (1bna, 1981, 12 basepar). Den forsinkelse på mere end et kvart århundrede mellem forudsigelse og empirisk bekræftelse skyldtes udviklingen af røntgenkrystallografi til makromolekyler og behovet for at fremstille en kort, defineret DNA-sekvens til krystallisering. Denne korte redegørelse er baseret på en gennemgang af Berman, Gelbin og Westbrook , hvor referencerne vil blive fundet.

DNA-modeller

Den model af DNA, der er anvendt i scenerne i denne artikel, er en teoretisk model (Image:B-DNA.pdb), som ikke er tilgængelig i Protein Data Bank. PDB-filen følger ikke visse PDB-formatkonventioner:

• Baser er betegnet ADE, CYT, GUA og THY i stedet for standard DA, DC, DG og DT.
• Kæderne er ikke navngivet. Typisk ville de blive navngivet A og B.

En kæde indeholder rester nummereret 1-12 i sekvensen CGCG AATT CGCG. Den anden kæde indeholder rester nummereret 13-24 med en identisk (antiparallel) sekvens.

De teoretiske modeller repræsenterer typisk en idealiseret DNA-konformation, hvorimod det virkelige DNA kan have forskellige uregelmæssigheder, herunder knæk og bøjninger (se eksempler bundet til Lac-repressoren). Der findes masser af empiriske modeller for DNA, og de første er blevet tilgængelige i 1970’erne og 80’erne (se ovenfor). I maj 2012 indeholder Protein Data Bank næsten 4.000 poster, der indeholder DNA. Over 1.300 indeholder kun DNA, mens over 2.000 indeholder protein-DNA-komplekser. Over 100 poster indeholder protein, DNA og RNA, og over 100 indeholder DNA/RNA-hybridmolekyler.

For flere interaktive visualiseringer af DNA, se DNA.MolviZ.Org, en tutorial, der er tilgængelig på ni sprog.