Deoxyribonukleinsyra eller DNA är en molekyl som är bärare av genetisk information i nästan alla levande organismer. Det innehåller de biologiska instruktionerna för organismernas utveckling, överlevnad och reproduktion.DNA finns i cellens kärna där det paketeras till en kompakt form som kallas kromosom med hjälp av flera proteiner som kallas histoner. Det finns också i cellstrukturer som kallas mitokondrier. När det gäller prokaryoter är DNA dock inte inneslutet i en kärna eller ett membran utan finns i cytoplasman. DNA:t i prokaryoter är i allmänhet cirkulärt och superlindat utan några histoner. DNA lagrar genetisk information i form av en sekvens av nukleotider i särskilda områden som kallas gener och som används för att skapa proteiner. Uttrycket av genetisk information till proteiner är en tvåstegsprocess där sekvensen av nukleotider i DNA omvandlas till en molekyl som kallas ribonukleinsyra eller RNA genom en process som kallas transkription. RNA används för att tillverka proteiner genom en annan process som kallas översättning. Den mänskliga arvsmassan innehåller nästan 3 109 baser med cirka 20 000 gener på 23 kromosomer.

DNA upptäcktes först av den tyske biokemisten Frederich Miescher år 1869. Tack vare Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins och Rosalind Franklin upptäcktes DNA:s struktur 1953. DNA:s struktur är följande: två komplementära strängar av polynukleotider som löper i motsatt riktning och hålls samman av vätebindningar mellan dem. Denna struktur hjälper DNA att replikera sig självt under celldelningen och gör det också möjligt för en enda sträng att tjäna som mall under transkriptionen.

• 1 Egenskaper hos en DNA-molekyl
  • 1.1 Dubbelhelix
  • 1.2 Komplementära baser
  • 1.3 DNA denaturering och renaturering
  • 1.4 Grooves
• 2 Biologiska funktioner
  • 2.1 Replikation
  • 2.2 Transkription och översättning
• 3 Former av DNA
• 4 DNA-strukturens historia
• 5 DNA-modeller

Egenskaper hos en DNA-molekyl

Dubbelhelix

består av två polynukleotidkedjor, . Den i DNA består av en bundet till den 5′ av vilken är ansluten genom en beta-glykosidisk bindning till ett purin eller ett pyrimidin . Ribosens är en av de viktigaste faktorerna som avgör vilken av DNA-formerna som är närvarande. I den här scenen, som visar B-DNA, är 2′-kolet utanför planet för de andra medlemmarna i den femledade ringen. I , är 3′-kolet utanför ribosesringens plan. de fyra typerna av baser är de två dubbelringade purinbaserna och och de två enkelringade pyrimidinbaserna och . Väteatomer på vissa kväve- och syreatomer kan genomgå tautomerförskjutningar. De kväveatomer som är inblandade i bildandet av tautomer uppträder som amino- eller imingrupper och syreatomerna är antingen i keto- eller enolform. Det finns en preferens för amino- och ketoformerna, vilket är mycket viktigt för DNA:s biologiska funktion, eftersom det ger en med desoxyribose och det leder till specifika vätebindningar vid basparning och därmed till att kedjorna kompletterar varandra. Iminokvävet kan bara fungera som en donerande atom vid vätebindning, men aminkvävet kan också fungera som en mottagande atom. Varje nukleotid i en DNA-kedja är kopplad till en annan via . Det finns fyra nukleotider i DNA. Sockerfosfatryggen i DNA är mycket regelbunden på grund av fosfodiesterlänken medan ordningen av baser är mycket oregelbunden.

A C G T

Puriner Pyrimidiner

Komplementära baser

De två kedjorna i ett DNA förenas med hjälp av vätebindningar mellan specifika baser. Adenin bildar baspar med tymin och guanin med cytosin. Detta specifika baspar mellan och är känt som Watson-Crick-basparet. Den specifika vätebindningen mellan baserna leder till komplementaritet i sekvensen av nukleotider i de två kedjorna. I en DNA-sträng är således adeninhalten lika stor som tyminhalten och guaninhalten lika stor som cytosinhalten. I allmänhet är DNA med högre GC-innehåll stabilare än DNA med högre AT-innehåll på grund av stabiliseringen på grund av basstaplingsinteraktioner.

DNA denaturering och renaturering

En DNA dubbelsträng kan separeras till två enkelsträngar genom att bryta vätebindningarna mellan dem. Detta är känt som DNA denaturering. Termisk energi som tillhandahålls genom uppvärmning kan användas för att smälta eller denaturera DNA. Molekyler med rik GC-innehåll är stabilare och denatureras därför vid högre temperaturer jämfört med molekyler med högre AT-innehåll. Smältningstemperaturen definieras som den temperatur vid vilken hälften av DNA-strängarna befinner sig i dubbelspiralform och hälften i slumpmässig spiralform. De denaturerade DNA-enkelsträngarna har en förmåga att renatureras och bilda dubbelsträngat DNA igen.

Spår

I en av baserna som är parade med varandra men är placerade i en vinkel. Detta resulterar i ojämnt fördelade socker-fosfatryggar och ger upphov till två rännor: den och den med olika bredd och djup. De finns på ytan av den lilla rännan och den stora rännan finns på den motsatta sidan. Golvet eller ytan av major groove är fylld med den . Den större storleken på major groove möjliggör bindning av DNA-specifika proteiner.

Biologiska funktioner

Källor:

Replikation

DNA genomgår ett så kallat semikonservativt replikationsläge där dotter-DNA:et innehåller en DNA-sträng från föräldern. Replikationen sker genom avveckling av dubbelhelixen följt av syntesprimer från vilka replikationen börjar. Ett enzym DNA-polymeras syntetiserar komplementära strängar till varje föräldrasträng från 5′-3′-riktningen.

Transkription och översättning

Uttrycket av gener till proteiner och är en process som innefattar två steg som kallas transkription och översättning. I transkriptionsstadiet tjänar en sträng av en DNA-molekyl som mall för syntesen av en RNA-molekyl som kallas budbärar-RNA. Detta budbärar-RNA översätts sedan till proteiner på ribosomer.

DNA-former

För en jämförelse av de olika formerna av DNA, se former av DNA.

Historia om DNA:s struktur

Följande sammanfattning är kopierad från Atlas of Macromolecules med tillstånd:

Gener visades ligga i DNA 1944 (Avery et al.) och detta blev allmänt accepterat efter experimenten av Hershey och Chase 1952. DNA:s dubbla spiralformade struktur förutspåddes av James Watson och Francis Crick 1953 (Nobelpriset 1962). Deras förutsägelse baserades delvis på röntgendiffraktionsstudier av Rosalind Franklin, som Watson och Maurice Wilkins gav otillräckligt beröm till. Den förutspådda dubbelspiralen i B-form bekräftades inte med kristallstrukturer med atomupplösning förrän 1973, först med hjälp av dinukleotider av RNA (Rosenberg et al.). Den första kristallstrukturen som innehöll mer än ett helt varv av dubbelspiralen löstes inte förrän 1980 (1bna, 1981, 12 baspar). Fördröjningen på mer än ett kvarts sekel mellan förutsägelse och empirisk bekräftelse berodde på utvecklingen av röntgenkristallografi för makromolekyler och behovet av att producera en kort, definierad sekvens av DNA för kristallisering. Denna korta redogörelse bygger på en översikt av Berman, Gelbin och Westbrook , där referenserna återfinns.

DNA-modeller

Den modell av DNA som används i scenerna i denna artikel är en teoretisk modell (Image:B-DNA.pdb), som inte finns tillgänglig i Protein Data Bank. PDB-filen följer inte vissa PDB-formatkonventioner:

• Baserna benämns ADE, CYT, GUA och THY istället för standard DA, DC, DG och DT.
• Kedjorna är inte namngivna. Typiskt sett skulle de benämnas A och B.

En kedja innehåller rester numrerade 1-12 i sekvensen CGCG AATT CGCG. Den andra kedjan innehåller rester numrerade 13-24 med en identisk (antiparallel) sekvens.

De teoretiska modellerna representerar vanligtvis en idealiserad DNA-konformation, medan verkligt DNA kan ha olika oregelbundenheter, inklusive knutar och böjningar (se exempel som är bundna till Lac-repressorn). Det finns gott om empiriska modeller för DNA, varav de första blev tillgängliga på 1970- och 80-talen (se ovan). I maj 2012 innehåller Protein Data Bank nästan 4 000 poster som innehåller DNA. Över 1 300 innehåller endast DNA, medan över 2 000 innehåller protein-DNA-komplex. Över 100 poster innehåller protein, DNA och RNA, och över 100 innehåller DNA/RNA-hybridmolekyler.

För fler interaktiva visualiseringar av DNA, se DNA.MolviZ.Org, en handledning som finns på nio språk.

.