Deoxyribonukleinsyre (DNA): Struktur, funktion og betydning

DNA eller deoxyribonukleinsyre er en nukleinsyre (en af to sådanne syrer, der findes i naturen), der tjener til at lagre genetisk information om en organisme på en måde, der kan overføres til efterfølgende generationer. Den anden nukleinsyre er RNA
eller ribonukleinsyre
.

DNA bærer den genetiske kode for hvert eneste protein, din krop fremstiller, og fungerer således som en skabelon for helheden af dig. En streng DNA, der koder for et enkelt proteinprodukt, kaldes et gen.

DNA består af meget lange polymerer af monomere enheder kaldet nukleotider, der indeholder tre forskellige regioner og findes i fire forskellige smagsoplevelser i DNA takket være afvigelser i strukturen i en af disse tre regioner.

I levende ting er DNA bundtet sammen med proteiner kaldet histoner for at skabe et stof kaldet kromatin. Kromatinet i eukaryote organismer brydes i et antal forskellige bunker, kaldet kromosomer. DNA overføres fra forældre til deres afkom, men noget af dit DNA blev udleveret udelukkende fra din mor, som du vil se.
Strukturen af DNA -

DNA består af nukleotider, og hver nucleotid inkluderer en nitrogenformig base, en til tre fosfatgrupper (i DNA er der kun en) og et fem-carbon sukker molekyle kaldet deoxyribose. (Det tilsvarende sukker i RNA er ribose.)

I naturen findes DNA som et parret molekyle med to komplementære strenge. Disse to strenge er sammenføjet ved hvert nucleotid på tværs af midten, og den resulterende "stige" er snoet i form af en dobbelt helix eller et par offset spiraler.

De nitrogenholdige baser findes i en af fire sorter: adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T). Adenin og guanin er i en klasse af molekyler kaldet puriner, der indeholder to sammenføjede kemiske ringe, hvorimod cytosin og thymin hører til klassen af molekyler kendt som pyrimidiner, som er mindre og kun indeholder en ring.
Specifik Base-Pair Bonding

Det er bindingen af baser mellem nukleotider i tilstødende strenge, der skaber DNA-stigenes "trin". Som det sker, kan en purin kun binde til en pyrimidin i denne indstilling, og det er endnu mere specifikt end det: A binder til og kun til T, hvorimod C binder til og kun til G.

Dette < em> en-til-en-baseparring
betyder, at hvis sekvensen af nukleotider (synonymt med "sekvens af baser" til praktiske formål) for en DNA-streng er kendt, kan sekvensen af baser i den anden, komplementær streng let bestemmes.

Binding mellem tilstødende nukleotider i den samme DNA-streng bevirkes ved dannelse af hydrogenbindinger mellem sukkeret i det ene nukleotid og den næste fosfatgruppe.
Hvor findes DNA?

I prokaryote organismer sidder DNA'et i cytoplasmaet i cellen, da prokaryoter mangler kerner. I eukaryotiske celler sidder DNA i kernen. Mennesker har 46 forskellige kromosomer med 23 fra hver forælder.

Disse 23 forskellige kromosomer er alle forskellige på fysisk udseende under et mikroskop, så de kan nummereres 1 til 22 og derefter X eller Y for sexkromosomet. Tilsvarende kromosomer fra forskellige forældre (f.eks. Kromosom 11 fra din mor og kromosom 11 fra din far) kaldes homologe kromosomer.

DNA findes også i mitokondrier
af eukaryoter generelt såvel som i i kloroplasterne af planteceller
specifikt. Dette i sig selv understøtter den herskende idé om, at begge disse organeller eksisterede som fritstående bakterier, før de blev oversvømmet af tidlige eukaryoter for over to milliarder år siden.

Det faktum, at DNA'et i mitokondrier og kloroplaster koder for proteinprodukter, som nukleært DNA giver ikke endnu større tro til teorien.

Fordi det DNA, der kommer vej ind i mitokondrier, kun kommer derfra moders ægcelle, takket være den måde, sæd og æg genereres og kombineres, er alle mitokondrielle DNA kommer gennem moderlinien, eller mødrene til uanset organisme-DNA undersøges.
DNA-replikation -

Før hver celledeling skal alt DNA i cellekernen kopieres eller replikeres, så hver nye celle oprettet i den afdeling, der snart kommer, kan have en kopi. Fordi DNA er dobbeltstrenget, skal det afvikles, før replikation kan starte, så enzymerne og andre molekyler, der deltager i replikation, har plads langs strengene til at udføre deres arbejde.

Når en enkelt DNA-streng er kopieret, er produktet faktisk en ny streng, der er komplementær til skabelonstrengen (kopieret). Den har således den samme bas-DNA-sekvens som den streng, der var bundet til skabelonen inden replikation startede.

Således er hver gamle DNA-streng parret med en ny DNA-streng i hvert nyt replikeret dobbeltstrenget DNA-molekyle. Dette kaldes semikonservativ replikation
.
Introner og eksoner

DNA består af introner, eller sektioner af DNA, der ikke koder for proteinprodukter og eksoner, der er kodende regioner der fremstiller proteinprodukter.

Den måde, eksoner overfører information om proteiner, er gennem transkription eller fremstilling af messenger RNA (mRNA) fra DNA.

Når en DNA-streng transkriberes, resulterende streng af mRNA har den samme basesekvens som skabelonstrengens DNA-komplement, bortset fra en forskel: hvor thymin forekommer i DNA, forekommer uracil (U) i RNA.

Før mRNA kan sendes til at blive oversat til et protein skal intronerne (den ikke-kodende del af generne) tages ud af strengen. Enzymer "splitter" eller "skærer" intronerne ud af strengene og sætter alle eksonerne sammen for at danne den endelige kodende streng af mRNA.

Dette kaldes RNA post-transkriptionel behandling.
RNA Transkription

Under RNA-transkription dannes ribonukleinsyre fra en DNA-streng, der er blevet adskilt fra dens komplementære partner. Den således anvendte DNA-streng kendes som skabelonstrengen. Transkriptionen i sig selv er afhængig af et antal faktorer, herunder enzymer (f.eks. RNA-polymerase
).

Transkription forekommer i kernen. Når mRNA-strengen er fuldstændig, forlader den kernen gennem kernekonvolutten, indtil den fastgøres til en ribosom
, hvor translation og proteinsyntese udspiller sig. Således er transkription og oversættelse fysisk adskilt fra hinanden.
Hvordan blev DNA-strukturen opdaget?

James Watson og Francis Crick er kendt for at være medopdagerne af et af de dybeste mysterier inden for molekylærbiologi. : den dobbelte helix-DNA-struktur og -form, molekylet, der er ansvarlig for den unikke genetiske kode, som alle har.

Mens duoen tjente deres plads i store videnskabers pantheon, var deres arbejde afhængig af resultaterne af en række af andre forskere og forskere, både fortid og opereret i Watsons og Cricks egen tid.

I midten af det 20. århundrede, i 1950, opdagede den østrigske Erwin Chargaff, at mængden af adenin i DNA-strenge og mængden af tilstedeværende thymin var altid identiske, og at et lignende forhold var mellem cytosin og guanin. Således var mængden af tilstedeværende puriner (A + G) lig med mængden af tilstedeværende pyrimidiner.

Også den britiske videnskabsmand Rosalind Franklin brugte røntgenkrystallografi til at spekulere i, at DNA-strenge danner fosfatholdige komplekser placeret langs uden for strengen.

Dette stemte overens med en dobbelt helixmodel, men Franklin anerkendte ikke dette, da ingen havde nogen god grund til at mistænke denne DNA-form. Men i 1953 havde Watson og Crick formået at sammensætte det hele ved hjælp af Franklins forskning. De blev hjulpet af det faktum, at kemisk-molekyle modelopbygning i sig selv var en hurtig forbedring bestræbelse på det tidspunkt