DNA

Fran Wikipedia
Strukturen av DNA:s dubbelhelix . Atomerna i illustrationen ar fargkodade efter respektive atomslag och ryggraden hos de bada strangarna ar fargad orange. De olika kvavebasernas struktur visas i detalj langst ner till hoger.
En roterande illustration av en bit av DNA:s dubbelhelix.

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 .

Funktion [ redigera | redigera wikitext ]

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 ]

Kemisk struktur [ redigera | redigera wikitext ]

DNA-molekylens schematiska uppbyggnad. Deoxiribos (ljusblatt) och fosfat (blalila), ar hoplankat till tva kedjor. Kvavebaserna (A,T,G,C) ar sammanbundna med vatebindningar .

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 [ redigera | redigera wikitext ]

DNA som delar sig och skapar en kopia av sig sjalv.
Huvudartikel: Replikation

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.

Transkription [ redigera | redigera wikitext ]

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 ]

Forskningshistoria [ redigera | redigera wikitext ]

Francis Crick

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 [ redigera | redigera wikitext ]

Nobelpriset i kemi 2015 tilldelades tre forskare som studerat hur skadat DNA kontinuerligt repareras och hur kopieringsmisstag korrigeras. [ 6 ]

Anvandning och teknik [ redigera | redigera wikitext ]

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.

Kriminalteknik och juridik [ redigera | redigera wikitext ]

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.

Antropologi [ redigera | redigera wikitext ]

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.

Slaktforskning [ redigera | redigera wikitext ]

Fordjupning: DNA-slaktforskning

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.

Se aven [ redigera | redigera wikitext ]

Referenser [ redigera | redigera wikitext ]

  1. ^ [ 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.
  2. ^ [ a b ] J.D. Watson, F.H.C. Crick. 1953. A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid . Nature 171: 737-738.
  3. ^ 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.
  4. ^ [ a b ] Chargaff E (1950). "Chemical specificity of nucleic acids and mechanism of their enzymatic degradation". Experientia 6 (6): 201?209.
  5. ^ Mandelkern M, Elias J, Eden D, Crothers D (1981). "The dimensions of DNA in solution". J Mol Biol 152 (1): 153?61.
  6. ^ [ 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 .  
  7. ^ ”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 .  
  8. ^ ”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 .  
  9. ^ ”Grundlaggande molekylargenetik ? Gentekniknamnden” . https://www.genteknik.se/genetik-och-genteknik/genetik/fran-gen-till-protein/ . Last 24 oktober 2021 .  
  10. ^ 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 .
  11. ^ Crick, F.H.C. On degenerate templates and the adaptor hypothesis (PDF). genome.wellcome.ac.uk (Lecture, 1955). Last 13 mars 2010
  12. ^ 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.
  13. ^ 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.
  14. ^ Jeffreys A, Wilson V, Thein S (1985). "Individual-specific 'fingerprints' of human DNA". Nature 316 (6023): 76?9.
  15. ^ Collins A, Morton N (1994). "Likelihood ratios for DNA identification" (PDF). Proc Natl Acad Sci USA 91 (13): 6007?11.
  16. ^ Weir B, Triggs C, Starling L, Stowell L, Walsh K, Buckleton J (1997). "Interpreting DNA mixtures". J Forensic Sci 42 (2): 213?22.
  17. ^ Wray G; Martindale, Mark Q. (2002). "Dating branches on the tree of life using DNA". Genome Biol 3 (1): REVIEWS0001.

Externa lankar [ redigera | redigera wikitext ]