DNA:n rakenne

Susha Cheriyedath, M.Sc.Arvostellut Sally Robertson, B.Sc.

James Watsonin ja Francis Crickin tekemä DNA:n rakenteen keksiminen vuonna 1953 on yksi vallankumouksellisimmista tieteellisistä löydöistä. Nukleiinihapon rakenteen löytämiseen johtanut tutkimus alkoi kuitenkin useita vuosia aikaisemmin, ja siihen osallistui monia eri tutkijoita eri puolilta maailmaa.

Varhainen kehitys

Vuonna 1869 sveitsiläinen biokemisti Frederich Miescher tunnisti ensimmäisenä DNA:n olevan lymfosyyttien tuman sisällä. Molekyylin merkitys tajuttiin kuitenkin vasta yli 50 vuotta myöhemmin. Vuonna 1919 venäläinen biokemisti Phoebus Levene ehdotti, että nukleiinihapot koostuvat nukleotideista, jotka muodostuvat yhdestä neljästä emäksestä – A (adeniini), T (tymiini), G (guaniini) ja C (sytosiini) – sekä sokerista ja fosfaattiryhmästä.

Itävaltalainen biokemisti Erwin Chargaff aloitti Oswald Averyn vuonna 1944 julkaistun DNA:ta perimäaineksena käsitelleen artikkelin innoittamana tutkimushankkeen, jossa keskityttiin nukleiinihappojen kemian tutkimiseen 1950-luvulla. DNA:n emästen määrää koskevien havaintojensa perusteella hän muotoili Chargaffin säännön, jonka mukaan puriinien (A + G) kokonaismäärä on lähes sama kuin pyrimidiinien (C + T) kokonaismäärä. Levenen havaintojen ja Rosalind Franklinin ja Maurice Wilkinsin DNA:n rakennetta koskevan ratkaisevan tärkeän röntgenkristallografiatyön yhdistelmä loi pohjan Watsonin ja Crickin uraauurtavalle kaksoiskierteen rakenteen löytämiselle vuonna 1953.

Vuonna 1962 Watson, Crick ja Wilkins saivat yhdessä lääketieteen Nobel-palkinnon ”löydöksistään, jotka koskevat nukleiinihappojen molekyylirakennetta ja sen merkitystä tiedonsiirrossa elävässä aineessa.”

DNA:n kaksoiskierre

Rakenne ja komponentit

DNA koostuu kahdesta polynukleotidiketjusta tai -säikeestä, jotka ovat kietoutuneet toistensa ympärille siten, että ne muistuttavat kierrettyjä tikkaita. Tätä rakennetta kutsutaan kaksoiskierteeksi. Kummankin säikeen selkäranka on 5-hiilisokerin ja fosfaattiryhmän toistuva kuvio. Kukin sokeri on kiinnittynyt yhteen neljästä typpeä sisältävästä emäksestä: A, T, G tai C.

Nukleotidin sisältämä sokeri on deoksiriboosi, mistä nimi deoksiribonukleiinihappo (DNA). Kaksoiskierre-DNA:n rakenteessa kaikki neljä emästä ovat rajoittuneet kaksoiskierteen sisäpuolelle, ja ne pysyvät paikoillaan vetysidoksilla (H-sidoksilla), jotka yhdistävät toistensa kanssa yhteensopivat emäkset kahdessa säikeessä. DNA:n sokeri-fosfaattirungot ovat kaksoiskierteen ulkopuolella.

Vetysidokset

Adeniini ja tymiini ovat pariliitoksina kahdella H-sidoksella, kun taas sytosiini ja guaniini ovat pariliitoksina kolmella H-sidoksella. Emäkset ovat pinoutuneet tikapuita pitkin ylöspäin, ja emästen välinen hydrofobinen sidos antaa DNA-molekyylille vakautta.

Komplementaariset emäsparit

Kaksoiskierteen kaksi DNA-juostetta kulkevat vastakkaisiin suuntiin (antiparalleelisesti toisiinsa nähden) auttaakseen kunkin emäsparin emäksiä mahtumaan kaksoiskierteeseen. Tämä tarkoittaa, että kummankin DNA-juosteen nukleotidit ovat täsmälleen komplementaarisia toisen juosteen nukleotidien kanssa.

A:n ja T:n ja G:n ja C:n komplementaarinen emäspariutuminen mahdollistaa energiatasojen optimoinnin kaksoiskierteessä. Tässä kaksoiskierrejärjestelyssä kunkin emäsparin leveys pysyy samana, mikä tarkoittaa, että sokeri-fosfaattirunkojen välinen etäisyys pysyy samana koko DNA-molekyylin pituudelta. Kaksoiskierteen kahden sokeri-fosfaattirungon kierre tai käänne tapahtuu kymmenen emäsparin välein, mikä maksimoi emäsparipakkauksen tehokkuuden.

DNA:n kaksoiskierteen kaksi polynukleotidisäiettä tarjoavat yksinkertaisen perustan molekyylissä olevan informaation kopioinnille. Erotettaessa kumpikin kahdesta säikeestä toimii mallina, jonka avulla luodaan tarkka tai identtinen kopio DNA-molekyylistä.

1. http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/
3. http://cs.boisestate.edu/~amit/teaching/342/lab/structure.html
4. http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397
5. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/

Lisälukemisto

• Kaikki DNA:n sisällöt
• Mitä on DNA?
• DNA:n ominaisuudet
• DNA:n kemialliset modifikaatiot
• DNA:n biologiset toiminnot

Kirjoittanut

Susha Cheriyedath

Susha on suorittanut luonnontieteiden kandidaatin tutkinnon

(Bachelor of Science (B.Sc.) tutkinto kemiasta ja Master of Science (M.Sc.) tutkinto biokemiasta Calicutin yliopistosta Intiasta. Hän on aina ollut erittäin kiinnostunut lääketieteestä ja terveystieteestä. Osana maisterin tutkintoaan hän erikoistui biokemiaan painottaen mikrobiologiaa, fysiologiaa, biotekniikkaa ja ravitsemusta. Vapaa-ajallaan hän rakastaa kokata myrskyn keittiössä superhienoilla leivontakokeiluillaan.

Sitaatit

.