DNA:s struktur

Av Susha Cheriyedath, M.Sc.Recenserad av Sally Robertson, B.Sc.

Upptäckten av DNA:s struktur av James Watson och Francis Crick år 1953 är en av de mest revolutionerande vetenskapliga upptäckterna hittills. Den forskning som ledde fram till upptäckten av nukleinsyrans struktur började dock flera år tidigare och involverade många olika forskare över hela världen.

Från början

Det var år 1869 som den schweiziske biokemisten Frederich Miescher var den förste som identifierade att DNA fanns i cellkärnorna i lymfocyter. Molekylens betydelse insåg man dock inte förrän mer än 50 år senare. År 1919 föreslog den ryske biokemisten Phoebus Levene att nukleinsyror består av nukleotider, som består av en av de fyra baserna A (adenin), T (tymin), G (guanin) och C (cytosin), ett socker och en fosfatgrupp.

Den österrikiske biokemisten Erwin Chargaff, som inspirerats av Oswald Averys uppsats från 1944 om DNA som genetiskt material, inledde ett forskningsprojekt med inriktning på nukleinsyrornas kemi på 1950-talet. Utifrån sina observationer om mängden baser i DNA utformade han Chargaffs regel, som säger att den totala mängden puriner (A + G) är nästan lika stor som den totala mängden pyrimidiner (C + T). Kombinationen av Levénes resultat och Rosalind Franklins och Maurice Wilkins avgörande röntgenkristallografiska arbete om DNA:s struktur lade grunden för Watsons och Cricks banbrytande upptäckt av dubbelhelixstrukturen 1953.

1962 fick Watson, Crick och Wilkins tillsammans Nobelpriset i medicin ”för sina upptäckter om nukleinsyrornas molekylära struktur och dess betydelse för informationsöverföring i levande material.”

DNA:s dubbelspiral

Struktur och beståndsdelar

DNA består av två polynukleotidkedjor eller strängar, som är lindade runt varandra på så sätt att de påminner om en tvinnad stege. Denna struktur kallas dubbelspiral. Ryggraden i var och en av dessa strängar är ett upprepande mönster av ett 5-kolssocker och en fosfatgrupp. Varje socker är fäst vid en av de fyra kvävehaltiga baserna: A, T, G eller C.

Sockret som finns i nukleoiden är en desoxyribose, därav namnet desoxyribonukleinsyra (DNA). I dubbelhelix-DNA-strukturen är alla fyra baserna begränsade till insidan av dubbelhelixen och hålls på plats av vätebindningar (H-bindningar) som binder samman komplementära baser på de två strängarna. DNA:s socker-fosfatryggar finns på utsidan av dubbelhelixen.

Hydrogenbindning

Adenin och tymin är parade med två H-bindningar, medan cytosin och guanin är parade med tre H-bindningar. Baserna är staplade på stegen och den hydrofoba bindningen mellan baserna ger DNA-molekylen stabilitet.

Komplementär basparning

De två DNA-strängarna i dubbelhelixen löper i motsatt riktning (antiparallel till varandra) för att hjälpa baserna i varje baspar att passa in i dubbelhelixen. Detta innebär att nukleotiderna i varje DNA-sträng är exakt komplementära till nukleotiderna i den andra strängen.

Den komplementära basparningen av A med T och G med C gör det möjligt att optimera energinivåerna i dubbelspiralen. I detta dubbelhelixarrangemang förblir bredden på varje baspar densamma, vilket innebär att samma avstånd hålls mellan socker-fosfatryggarna längs DNA-molekylens längd. Vridningarna eller vändningarna i de två sockerfosfatryggarna i dubbelhelixen sker vart tionde baspar, vilket maximerar effektiviteten i basparpackningen.

De två polynukleotidsträngarna i DNA:s dubbelhelix utgör en enkel grund för att kopiera informationen i molekylen. Vid separation fungerar var och en av de två strängarna som en mall för att skapa en exakt eller identisk kopia av DNA-molekylen.

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/

Fortlöpande läsning

• Allt innehåll om DNA
• Vad är DNA?
• DNA:s egenskaper
• DNA:s kemiska modifieringar
• DNA:s biologiska funktioner

Skrivet av

Susha Cheriyedath

Susha har en Bachelor of Science (B.Sc.) i kemi och en masterexamen i biokemi från University of Calicut, Indien. Hon har alltid haft ett stort intresse för medicin och hälsovetenskap. Som en del av sin magisterexamen specialiserade hon sig på biokemi, med tonvikt på mikrobiologi, fysiologi, bioteknik och näringslära. På sin fritid älskar hon att laga en storm i köket med sina supermysiga bakexperiment.

Citat

.