- For andra betydelser, se
DNA (olika betydelser)
.
DNA
(forkortning av engelskans
deoxyribonucleic acid
) eller
deoxiribo
nukleinsyra
ar det
kemiska amne
som bar den
genetiska
informationen (aven kallad
arvsmassa
eller
genom
), i samtliga av varldens kanda
organismer
(med undantag av
RNA-virus
). DNA-
molekylen
finns i identiska kopior i varje cell i en organism. Dess huvudsakliga funktion ar att langtidsforvara information som paverkar organismernas utveckling och funktion. DNA liknas ibland vid
programkod
eller ett
recept
, eftersom det innehaller de instruktioner som behovs for att konstruera
cellernas
komponenter,
RNA
och
proteiner
. De delar av DNA-molekylen som ansvarar for tillverkningen av dessa komponenter kallas
gener
.
Molekylen bestar av tva langa
polymerer
, i
manniskan
cirka 2 meter lang, bestaende av sekvens av enkla enheter kallade
nukleotider
. Det som ofta brukar kallas DNA-molekylens ryggrad utgors av
sockermolekyler
och
fosfat
-grupper sammansatta med
esterbindningar
. De tva polymererna ar lindade runt varandra for att bilda en
helix
. Bundna till respektive sockermolekyl sitter vanligtvis en av de fyra typer av de molekyler som kallas
kvavebaser
. Det ar denna sekvens av olika kvavebaser langs ryggraden som utgor den
genetiska koden
, vilken bestammer ordningen av
aminosyror
i proteiner. Koden lases av genom att oversatta delar av DNA:t till nukleinsyran
RNA
i en process som kallas
transkription
.
Inom cellen arrangeras DNA i langa strukturer som kallas
kromosomer
. Dessa kromosomer fordubblas i en process som kallas
replikation
innan cellerna
delar sig
. Informationen kan pa sa vis bevaras i bada de resulterande cellerna. I de celler som bygger upp
eukaryota
organismer, sa som
vaxter
,
djur
,
svampar
och
protister
, finns det mesta av DNA:et i en
cellkarna
. En mindre del aterfinns dock ofta i organismernas
mitokondrier
eller
kloroplaster
.
Prokaryota
celler (
bakterier
och
arkeer
) forvarar istallet sitt DNA i
cytoplasman
. Inom kromosomerna finns proteiner sa som
histoner
som packar och organiserar kromosomen till
kromatin
. Dessa kompakta strukturer reglerar interaktionerna mellan DNA och andra proteiner och kontrollerar pa sa vis bland annat i vilken grad olika delar av kromosomen
transkriberas
.
En
gen
i arvsmassan ar en sekvens av
nukleotider
i en DNA-molekyl i nagon av
kromosomerna
, som oversatts till en motsvarande ordningsfoljd av
aminosyror
i ett
protein
. Denna ordningsfoljd avgor vilken form proteinet far och vilken funktion det kan fylla i kroppen. Oversattningen fran nukleotider i DNA till aminosyror i proteiner sker enligt den
genetiska koden
. For varje grupp om tre nukleotider i DNA-molekylen laggs vid oversattningen en enda aminosyra till i det protein som tar form.
[
1
]
DNA ar en
nukleinsyra
som ar uppbyggd av tva langa kedjor av nukleotider. Varje nukleotid kan sagas besta av tre delar: en molekyl av sockerarten
deoxiribos
, en
fosfatgrupp
och en av de fyra kvavebaserna
adenin
(A),
guanin
(G),
cytosin
(C) och
tymin
(T). Kvavebasernas ordningsfoljd i DNA-molekylen bestammer uppbyggnaden av kroppens alla
proteiner
.
[
1
]
DNA-molekylen kan finnas i flera nagot olika former. Hos vissa virus finns enkelstrangat DNA, ibland forkortat
ssDNA
(dar ss star for ”single strand”) men den vanligaste ar den dubbelspiral, sa kallad
dubbelhelix
, av tva nukleotidkedjor, som upptacktes och beskrevs av
Francis Crick
och
James Watson
1953
[
2
]
. Tillsammans med
Maurice Wilkins
mottog de
nobelpriset i medicin
1962
for sin upptackt. Dubbelstrangat DNA forkortas ibland
dsDNA
(dar ds star for ”double strand”).
[
1
]
I denna form som brukar kallas
B
bestar DNA-molekylen av tva kedjor dar nukleotidernas socker- och fosfatdelar ar vanda utat och bildar tva ”ryggrader” som ar ihoptvinnade till en dubbel spiral. Kvavebaserna ar vanda inat mot spiralernas mitt dar de parvis, en bas fran varje kedja, ar hopkopplade med
vatebindningar
.
[
1
]
Baserna kan inte kopplas ihop hur som helst: en adeninbas i den ena kedjan ar alltid bunden till en tyminbas i den andra, detta genom tva vatebindningar, medan en cytosinbas alltid ar bunden till en guaninbas i den andra kedjan och detta genom tre vatebindningar. Pa sa satt ar den ena kedjan den andra kedjans ”komplement”; fran en kedja kan man alltid aterskapa den andra. Detta ar grunden for DNA-molekylens funktion som barare av den genetiska informationen. Ett hogre antal vatebindningar, alltsa fler cytosin-guanin-kopplingar, gor molekylen mer varmetalig
[
3
]
och aterfinns darfor ofta hos
termofila
bakterier.
[
1
]
DNA-molekylen foljer
Chargaffs regel
, vilken sager att det alltid finns lika manga adenosinbaser som tyminbaser och lika manga cytosinbaser som guaninbaser.
[
4
]
Tva nukleotider ihopkopplade via sina kvavebaser pa detta satt kallas ett
baspar
. Det gar cirka tio baspar per varv i DNA-spiralen. Varje sadant varv har en hojd av cirka 3,4 nanometer, diametern pa spiralen ar cirka tva nanometer.
[
5
]
I alla hogre organismer finns DNA-molekylerna i kombinationer med proteiner,
histoner
, i en tatpackad form som kallas
kromatin
i cellens
kromosomer
.
[
1
]
Replikation ar den process som dubblerar DNA-molekylen vid
celldelningen
sa att en kopia av molekylen kan hamna i varje dottercell. Pa sa satt fors den genetiska informationen vidare fran cellgeneration till cellgeneration.
[
1
]
Replikationen i en
eukaryot
cell ar omfangsrik och komplex. Flera olika enzym deltar i reaktionerna och det kravs bade snabba och exakta metoder vilket uppfylls genom att en rad olika enzym verkar tillsammans.
[
1
]
Vid
celldelningen
ratas dubbelspiralen i DNA-molekylen ut, och de tva kedjorna skiljs at likt de tva delarna av ett blixtlas under inverkan av enzymet
helikas
. Med hjalp av ett flertal proteiner och enzymer varav det viktigaste ar
DNA-polymeras
byggs en ny komplementar kedja upp genom att matchande nukleotider laggs pa plats. Snart har tva nya kompletta identiska DNA-molekyler bildats. De tva nya DNA-molekylerna hamnar sedan i varsin dottercell.
[
1
]
Oftast sker denna DNA-replikation utan problem och de bada nya DNA-molekylerna blir identiska med den ursprungliga. Ibland intraffar emellertid ett fel i kopieringen och den genetiska informationen har forandrats; en
mutation
har uppstatt. De allra flesta mutationerna repareras av cellerna sjalva. Cellen har olika system for att upptacka och reparera sadana felkopieringar, till exempel
mismatch repair
. Olika former av yttre paverkan som till exempel hogenergetisk
stralning
eller olika kemikalier okar antalet mutationer.
[
1
]
En mutation i
konscellerna
som inte repareras, utan sprids genom fortplantningen till nya individer som overlever och i sin tur kan fortplanta sig, fororsakar en alternativ
allel
, det vill saga en ny variant av gensekvensen som far spridning i populationen. Vissa alleler ger upphov till nya egenskaper (en ny
morf
, det vill saga form, inom arten), medan andra saknar biologisk betydelse.
Den genetiska informationen i DNA-molekylen ar uppdelad i bitar,
gener
, som var och en utgor ett recept pa, en instruktion for, hur ett
protein
ska tillverkas.
Informationsflodet, nar receptet for ett protein ska overforas till cellens
ribosomer
dar
proteinsyntesen
sker, gar via
RNA
-kopior av genen.
[
1
]
Denna process nar DNA-information fors over till RNA-information kallas
transkription
. Vid transkriptionen oversatts en gens bassekvens i en av DNA-kedjorna till motsvarande sekvens av baser i en RNA-molekyl. Den pa sa satt skapade RNA-typen kallas
budbarar-RNA
eller
mRNA
(av engelska
messenger-RNA
), eftersom den fungerar som en ”budbarare” fran DNA i cellkarnan till proteintillverkningen i ribosomerna. Till skillnad fran DNA, som har de kemiska bokstaverna A, C, T och G, sa har budbarar-RNA bokstaven U for
uracil
i stallet for T, vilket ger A, C, U och G.
[
1
]
I
eukaryota celler
sker transkriptionen till mRNA ofta i flera steg. I det forsta steget tillverkas en
preliminar
mRNA (
pre-mRNA
) genom direkt transkription av den ursprungliga DNA-sekvensen. Denna preliminara mRNA redigeras sedan genom att
intron
-sekvenser (sekvenser som inte kodar nagra aminosyror) tas bort. De kvarvarande bitarna, (
exonerna
), kombineras sedan ihop till den slutliga mRNA-sekvensen.
[
1
]
Friedrich Miescher
(
1844
?
1895
) beskrev forsta gangen
1869
en substans som han kallade ”nuklein”, som han funnit i cellkarnor. Miescher utgick fran
vita blodkroppar
fran
variga
bandage som suttit pa
infekterade
sar
.
[
6
]
1889
fick amnet namnet ”nukleinsyra” av Mieschers elev
Richard Altmann
. Man fann att amnet endast existerade i
kromosomerna
, vilka hade upptackts bara nagra ar tidigare.
[
7
]
Varken nukleinsyrans eller cellkarnas funktion var dock klarlagd vid denna tid. Nar
Gregor Mendel
upptackte arftlighetsprinciperna pa 1860-talet, och nar Mendels resultat aterupptacktes i borjan av 1900-talet, var det oklart var i cellerna arvsanlagen fanns, och vilka molekyler som var barare av dem.
Mellan 1885 och 1901 arbetade fysiologen
Albrecht Kossel
med att isolera nukleinsyrans kemiska bestandsdelar. Slutligen kunde han visa att nukleinsyran bestod av
cytosin
,
guanin
,
tymin
,
adenin
och
uracil
.
[
8
]
Cytosin, guanin och tymin och adenin ar bestandsdelar i DNA, medan de tre forsta och uracil (i stallet for tymin) aterfinns i
RNA
-molekylen.
[
9
]
1929 visade
Phoebus Levene
att
nukleotider
med fyra olika baser var byggstenarna i DNA.
[
6
]
Pa
1930-talet
genomforde
Max Delbruck
med flera experiment som visade att man genom att utsatta celler for
rontgenstralar
kunde forandra de arftliga egenskaperna hos cellerna. Det foreslogs att kromosomernas kemiska struktur pa nagot satt bestamde dessa arftliga egenskaper. Precis hur denna kemiska struktur kunde paverka en organisms egenskaper och beteende forefoll oforklarligt vid denna tidpunkt. De kemiska undersokningarna av olika nukleinsyrepreparat gav alltid samma resultat i form av de fyra typerna av nukleotider i ungefar samma proportioner. Kromosomernas kemiska uppbyggnad forefoll alltsa enkel och likformig vilket stod i stark kontrast till de levande organismernas komplexitet, mangfald och variation.
1944 visade
Oswald Avery
att DNA kunde bara
genetisk
information, genom ett experiment dar olika
pneumokockstammars
egenskaper forandrades genom overforing av DNA.
[
6
]
Enligt den svenska kemiprofessorn
Claes Gustafsson
var
upptackten att den genetiska informationen lagras i DNA och forstaelsen for hur denna information nedarvs
en av 1900-talets storsta
vetenskapliga
bedrifter.
[
6
]
Pa
1950-talet
pagick forskning om DNA-molekylens struktur endast pa nagra fa stallen. En grupp forskare i
USA
leddes av
Linus Pauling
. I England intresserade sig tva grupper for problemet. Vid
University of Cambridge
fanns bland andra
Francis Crick
och
James Watson
och vid
King’s College
i London arbetade
Maurice Wilkins
och
Rosalind Franklin
med att med hjalp av rontgendiffraktion faststalla DNA-molekylens struktur.
1948
hade Pauling upptackt att manga proteiner hade en helixstruktur, och de forsta undersokningarna med rontgendiffraktion antydde att aven DNA hade en sadan struktur, men nagon detaljerad forstaelse av molekylens uppbyggnad hade man annu inte.
Crick och Watson forsokte konstruera rimliga modeller utgaende fran kanda fakta, men antalet mojligheter var fortfarande manga. Ett genombrott skedde nar den osterrikiske kemisten
Erwin Chargaff
besokte Cambridge och beskrev ett av sina experiment. Han hade faststallt att prover av DNA inte alltid hade samma proportioner av de olika nukleotiderna, men att de alltid hade lika koncentration av adenin som av tymin och lika koncentration av guanin som av cytosin.
[
4
]
Crick och Watson borjade fundera pa strukturer som innefattade tva tradar med kompletterande nukleotidbaser bundna till varandra. Med hjalp av information fran Rosalind Franklins rontgendiffraktionsbilder lyckades de finna en modell som stamde med all kanda fakta. Den hade en spiralstruktur med tva nanometers tjocklek och en hojd av cirka 3,4 nanometer per varv omfattande cirka tio baspar. De publicerade sina ideer innan Franklin sjalv hade offentliggjort nagra av sina resultat.
Det har efterat blivit en kontroversiell fraga hur mycket Watson och Crick varit beroende av Franklins data for att komma fram till sin modell, och manga har anklagat dem for att inte ge henne tillrackligt erkannande av hennes betydelse i upptackten av DNA-molekylens struktur. Mest omdebatterat ar det faktum att Wilkins tydligen visat Franklins bilder for Watson och Crick nar Franklin inte sjalv var narvarande. Wilkins, Watson och Crick fick
nobelpriset i medicin
1962
for sina upptackter. Vid denna tidpunkt hade Franklin avlidit.
[
10
]
Watsons och Cricks modell vackte stor uppmarksamhet nar den publicerats. Efter att ha kommit fram till sin modell
21 februari
1953
, gjorde de sina forsta uttalanden den
28 februari
. Den
25 april
publicerades deras artikel
A structure for Deoxiribose Nucleic Acid
.
[
2
]
Forskningen om
genetikens
och
molekylarbiologins
grundvalar tog sedan fart. I en forelasning
1957
redogjorde Crick for sina ideer om kopplingen mellan DNA, RNA och proteiner: ”DNA ger RNA ger protein”, nagot som har kommit att kallas molekylarbiologins ”centrala dogma”.
[
11
]
Crick och hans medarbetare fortsatte sedan under slutet av
1950-talet
med arbetet med att knacka den
genetiska koden
.
Nobelpriset i kemi
2015 tilldelades tre forskare som studerat hur skadat DNA kontinuerligt repareras och hur kopieringsmisstag korrigeras.
[
6
]
Biologisk forskning och medicinska tillampningar
[
redigera
|
redigera wikitext
]
DNA-tester
utfors genom
DNA-sekvensiering
och innebar kartlaggning av DNA-informationen. DNA-tester anvands idag narmast rutinmassigt inom biologisk forskning, till exempel for att faststalla ursprung, sjukdomstillstand eller arttillhorighet. DNA-delar av intresse massdupliceras forst med hjalp av
PCR
-teknik
[
12
]
; darpa
sekvenseras
[
13
]
den. Den erhallna DNA-sekvensen (oftast en gen) kan darefter anvandas for att jamfora sekvensen med motsvarande sekvens hos andra arter, eller andra individer av samma art.
Genetisk modifiering
innebar att konstgjort DNA eller DNA fran andra individer tillfors genomet hos en individ for att forandra eller tillfora egenskaper for individen.
Anlag for
arftliga sjukdomar
kan diagnosticeras med DNA-tester.
Kriminaltekniker kan anvanda DNA-analys av
blod
,
sperma
, hud,
saliv
, nagel, tand eller har for att identifiera brottslingar och ursprung. En bit DNA kan fungera som ett genetiskt fingeravtryck genom att delar av DNA-sekvensen som ofta varierar mellan individer jamfors. Detta kallas
DNA-profilering
[
14
]
. Metoden ar valdigt tillforlitlig nar det galler att matcha DNA.
[
15
]
Identifiering kompliceras daremot av att en brottsplats kan kontamineras med DNA fran flera individer.
[
16
]
DNA-bevisning kan aven anvandas for att fria vissa tidigare domda brottslingar, som
Darryl Hunt
som satt nara tjugo ar i fangelse som oskyldigt domd.
DNA-profilering anvands ocksa for att faststalla slaktskap vid
faderskapsutredningar
.
Sedan den 1 januari 2019 tillater svensk lag
familjesokning
och
DNA-slaktforskning
av dna-profiler fran spar pa brottsplatser, bade genom sokning i polisens egna DNA-register och i kommersiella slaktforskningsdatabaser efter slaktingar till misstankta eller mordoffer.
Genom att DNA
muterar
over tiden och sedan dessa forandringar arvs av foljande generationer, innehaller DNA historisk information och DNA-sekvenser fran olika arter kan jamforas for att faststalla arternas
fylogeni
, deras genetiska slaktskap.
[
17
]
Pa sa satt kan fylogenetiska trad ritas upp over hur olika arter ar beslaktade, och tidpunkt for nar de forgrenades fran varandra kan uppskattas.
Privatpersoner saval som arkeologer har borjat anvanda
DNA-tester
som metod for
slaktforskning
, for att hitta eller verifiera slaktskap, for att identifiera rotter i etniska folkgrupper och for att kartlagga
migration
. Ofta kravs dock omfattande traditionell slaktforskning for att kunna dra slutsatser av DNA-testerna om slaktskap. Hela arvsmassan behover i allmanhet inte analyseras, eftersom merparten av den kodande delen av arvsmassan ar identisk inom en art. Analysforetagen har valt ut specifika genpositioner som ar av intresse, exempelvis for att de ar kanda for att variera inom populationen, och studerar dem med
PCR
-teknik.
- ^ [
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
]
Alberts et al. 2008.
Molecular biologi of the cell
. Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC.
- ^ [
a
b
]
J.D. Watson, F.H.C. Crick. 1953.
A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid
. Nature 171: 737-738.
- ^
Chalikian T, Volker J, Plum G, Breslauer K (1999). "A more unified picture for the thermodynamics of nucleic acid duplex melting: a characterization by calorimetric and volumetric techniques". Proc Natl Acad Sci USA 96 (14): 7853?8.
- ^ [
a
b
]
Chargaff E (1950). "Chemical specificity of nucleic acids and mechanism of their enzymatic degradation". Experientia 6 (6): 201?209.
- ^
Mandelkern M, Elias J, Eden D, Crothers D (1981). "The dimensions of DNA in solution". J Mol Biol 152 (1): 153?61.
- ^ [
a
b
c
d
e
]
Claes Gustafsson
(10 december 2015).
”Nobelpriset i kemi 2015 ? Presentationstal av professor Claes Gustafsson”
.
nobelprize.org
. Arkiverad fran
originalet
den 20 november 2019
.
https://web.archive.org/web/20191120215835/https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2015/8888-presentationstal-2015-3/
. Last 20 november 2019
.
- ^
”History of DNA Research: Scientific Pioneers & Their Discoveries”
(pa engelska).
News-Medical.net
. 1 maj 2019
.
https://www.news-medical.net/life-sciences/History-of-DNA-Research-Scientific-Pioneers-Their-Discoveries.aspx
. Last 24 oktober 2021
.
- ^
”The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1910”
(pa amerikansk engelska).
NobelPrize.org
.
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1910/kossel/facts/
. Last 24 oktober 2021
.
- ^
”Grundlaggande molekylargenetik ? Gentekniknamnden”
.
https://www.genteknik.se/genetik-och-genteknik/genetik/fran-gen-till-protein/
. Last 24 oktober 2021
.
- ^
Brenda Maddox (2003).
”The double helix and the ‘wronged heroine’”
(pa engelska) (PDF).
Nature
421. Arkiverad fran
originalet
den 17 oktober 2016
.
https://web.archive.org/web/20161017011403/http://www.biomath.nyu.edu/index/course/hw_articles/nature4.pdf
. Last 8 januari 2017
.
Arkiverad
17 oktober 2016 hamtat fran the
Wayback Machine
.
- ^
Crick, F.H.C. On degenerate templates and the adaptor hypothesis (PDF). genome.wellcome.ac.uk (Lecture, 1955). Last 13 mars 2010
- ^
K.B. Mullis, F.A. Faloona. 1987. Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction. Methods in Enzymology 155: 335-350.
- ^
F. Sanger, S. Nicklen, A.R. Coulson. 1977.
DNA sequencing with chain-terminating inhibitors.
Proceedings of the National Academy of Sciences USA 74: 5463-5467.
- ^
Jeffreys A, Wilson V, Thein S (1985). "Individual-specific 'fingerprints' of human DNA". Nature 316 (6023): 76?9.
- ^
Collins A, Morton N (1994). "Likelihood ratios for DNA identification" (PDF). Proc Natl Acad Sci USA 91 (13): 6007?11.
- ^
Weir B, Triggs C, Starling L, Stowell L, Walsh K, Buckleton J (1997). "Interpreting DNA mixtures". J Forensic Sci 42 (2): 213?22.
- ^
Wray G; Martindale, Mark Q. (2002). "Dating branches on the tree of life using DNA". Genome Biol 3 (1): REVIEWS0001.
- Wikimedia Commons har media som ror
DNA
.