DNA

DNA:n kemiallinen rakenne. Vaaleansiniset viisikulmiot deoksiriboosiyksiköitä, niiden välissä olevat P (fosfori) ja O (happi)-atomeista muodostuneet yksiköt fosfaattiryhmiä. Muut värilliset renkaat typpiemäksiä: vaaleanpunainen=adeniini, keltainen=tymiini, tummansininen=sytosiini, vihreä=guaniini.

DNA-kierre koostuu kahdesta juosteesta, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa typpiemäsosien välisin vetysidoksin. Nämä juosteet ovat makromolekyylejä, jotka koostuvat kolmenlaisista yksiköistä:

• pentoosisokeri
  • deoksiriboosi
• typpiemäkset
  • adeniini (A)
  • guaniini (G)
  • sytosiini (C)
  • tymiini (T)
• fosforihappo

Kun sokeriin esteröityy fosforihappo, saadaan nukleotidi. Nukleotidit polymeroituvat esterireaktiolla, jolloin syntyy nukleiinihappoketju. Fosfori­happo ja deoksi­riboosi vuorottelevat DNA:n ketjussa, ja jokaiseen deoksi­riboosi­yksikköön on lisäksi kytkeytynyt jokin typpi­emäksistä. Typpi­emästen järjestys voi vaihdella, kuitenkin siten, että kun toisessa kierteessä on adeniini, on toisessa aina vastaavalla kohdalla tymiini ja päin­vastoin, ja vastaavasti kun toisessa kierteessä on sytosiini, on toisessa aina guaniini ja päin­vastoin. Emästen järjestyksestä riippuu, millä tavoin DNA:sta muodostunut geeni vaikuttaa.

Sekundaarirakenteena on kaksoiskierre, α-helix, jossa emäsparit liittyvät oikeakätisesti yhteen siten että muodostuu A-T- ja C-G-pareja. Kun toisessa kierteessä on adeniini, on toisessa aina vastaavalla kohdalla tymiini ja päin­vastoin, ja vastaavasti kun toisessa kierteessä on sytosiini, on toisessa aina guaniini ja päin­vastoin. Yhdessä helixin kierteessä on kymmenen emäsparia.

Tertiäärirakenne, nk. 30 nm kierre, perustuu DNA:n kietoutumiseen histoniproteiinien ympärille, jolloin DNA on tarpeeksi pienessä tilassa mahtuakseen tumakoteloon. Histonien sijoittelun muuttaminen 30 nm kierteessä mahdollistaa myös transkription säätelyn, koska siten transkription aloituskohdat voidaan tarvittaessa joko paljastaa tai piilottaa. Tertiäärirakenne ehkäisee myös osaltaan DNA:n katkeilua.

Pääartikkeli: Replikaatio

DNA:n kahdentuminen.

Solun jakautuessa myös sen DNA on kopioitava. Kopioitaessa DNA:n kaksoiskierre avautuu ja DNA:n molemmat säikeet täydennetään täydelliseksi kopioksi. DNA:n kopioituminen on siis semikonservatiivista, sillä syntyneiden uusien DNA-molekyylien toinen juoste on aina peräisin alkuperäisestä DNA-molekyylistä. Uusi DNA-molekyyli perii myös puolet vanhaan DNA-rihmaan assosioituneista proteiineista, kuten esimerkiksi histoneista.

DNA:n epäsymmetrisyyden vuoksi entsyymit voivat lukea sitä vain yhteen suuntaan, jota nimitetään 5′-3′ -suunnaksi. DNA-polymeraasi-δ täydentää toista säiettä 5′-3′ -suuntaan ja DNA-polymeraasi-ε toista säiettä. Koska toista säiettä ei voi kopioida kerralla, polymeraasi-ε tuottaa kopioita 100–200 emäsparin palasissa, Okazaki-fragmenteissa, jotka toinen entsyymi, DNA-ligaasi, yhdistää yhtenäiseksi ketjuksi.

Ihmisen yhden kromosomin DNA:ssa on keskimäärin 150 miljoonaa emäsparia, joita voidaan kopioida 50 emäsparia sekunnissa. Kokonaisuudessaan kopiointi kestää vain tunnin, kun se aloitetaan monesta kohdasta yhtäaikaisesti (nk. replikaation aloituskohta, origin of replication, ORI). Kopioinnissa on virheenkorjausmekanismeja, joiden ansiosta keskimäärin vain 2,5 sadasta miljoonasta emäsparista kopioituu väärin.

Crickin ja Watsonin vuonna 1953 rakentama DNA:n malli.

Ensimmäisen kerran DNA:n eristi sveitsiläinen tutkija Friedrich Miescher vuonna 1869 lohen mädistä ja tulokset julkaistiin kaksi vuotta myöhemmin.[4] Löytämänsä molekyylin merkityksestä hänellä ei vielä ollut aavistustakaan. DNA:n tehtävän perimän siirtäjänä osoittivat kokeellisesti amerikkalaiset Oswald Avery, Colin MacLeod ja Maclyn McCarty vuonna 1944.

DNA:n kemiallisten ominaisuuksien näennäinen yksinkertaisuus johti biologit epäilemään, ettei se voisi olla geneettisen informaation säilytysmolekyyli. DNA:n rakenteen ratkaisu perustui sen kemiallisten ominaisuuksien tuntemiseen. 1950-luvulla Lontoon King's Collegessa vaikuttanut Rosalind Franklin ja Cambridgen yliopistossa vaikuttaneet James D. Watson ja Francis Crick ratkaisivat DNA:n rakenteen. Watson ja Crick julkaisivat kuuluisan artikkelinsa ”Molecular structure of nucleic acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid” Nature-lehdessä 1953. DNA:n rakenteen tunteminen mahdollisti kaikki molekyylibiologian edistysaskeleet tästä eteenpäin. Watson ja Crick saivat Nobelin palkinnon 1962 DNA-tutkimuksistaan yhdessä Maurice Wilkinsin kanssa. Rosalind Franklinin varhainen kuolema 1958 esti häntä saamasta Nobelin palkintoa, koska sitä ei jaeta postuumisti.

• DNA rikostutkinnassa
• Muinais-DNA

• Carroll, Sean B.: Kelpoisimman valmistus. DNA ja evoluution kiistattomat todisteet. (The Making of the Fittest. DNA and the Ultimate Forensic Record of Evolution, 2006.) Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Terra cognita, 2008. ISBN 978-952-5697-16-2.
• Dawkins, Richard: Geenin itsekkyys. (The Selfish Gene, 1976, 1989.) Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Art House, 1993. ISBN 951-884-107-1.
• Dawkins, Richard: Sokea kelloseppä. (The Blind Watchmaker, 1986.) Suomentanut Risto Varteva. Helsinki: WSOY, 1989. ISBN 951-0-15863-1.
• Dawkins, Richard: Viesti miljardien vuosien takaa. (River out of Eden, 1995.) Suomentanut Risto Varteva. Helsinki: WSOY, 1989. ISBN 951-0-20552-4.
• Watson, James D.: Kaksoiskierre. Henkilökohtainen selonteko DNA:n rakenteen keksimisestä. (The Double Helix. A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA, 1968.) Suomentanut Otto Hokkala. Helsinki: Weilin + Göös, 1969.

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta DNA Wikimedia Commonsissa

• Biologian etäopiskeluympäristö, DNA. Opetus.tv.
• Biologian etäopiskeluympäristö, DNA (nukleotidi). Opetus.tv.
• Biologian etäopiskeluympäristö, DNA (emäsjärjestys ja kodoni). Opetus.tv.