Det här inlägget går in i biokemin, med en titt på DNA:s kemiska struktur och dess roll i skapandet av proteiner i våra celler. Naturligtvis är det inte bara i människor som DNA finns – det finns i cellerna hos alla flercelliga livsformer på jorden. Den här bilden ger en översikt över dess gemensamma struktur i alla dessa livsformer och en kort förklaring av hur den gör det möjligt att skapa proteiner.
DNA finns i cellkärnan i flercelliga organismer och isolerades för första gången 1869 av den schweiziske läkaren Friedrich Miescher. Dess struktur klarlades dock inte förrän nästan hundra år senare, 1953. Författarna till den artikel där strukturen föreslogs, James Watson & Francis Crick, är numera välkända namn och fick Nobelpriset för sitt arbete. Detta arbete var dock starkt beroende av en annan forskares arbete, Rosalind Franklin.
Franklin själv undersökte också DNA:s struktur, och det var hennes röntgenfotografi, som tydligt visade DNA:s dubbelhelixstruktur, som var till stor hjälp för deras arbete. Hon hade ännu inte publicerat sina resultat när Watson och Crick fick tillgång till dem, utan hennes vetskap. Att hon inte fick något Nobelpris är dock inte ett misstag, utan bara en följd av kommitténs policy att Nobelpris inte kan delas ut postumt.
Den dubbla spiralmodellen av DNA (deoxyribonukleinsyra) består av två sammanflätade strängar. Dessa strängar består av nukleotider, som i sin tur består av tre beståndsdelar: en sockergrupp, en fosfatgrupp och en bas. Socker- och fosfatgrupperna bildar tillsammans DNA-strängarnas upprepade ”ryggrad”. Det finns fyra olika baser som potentiellt kan fästas vid sockergruppen: adenin, tymin, guanin och cytosin, med beteckningarna A, T, G och C.
Baserna är det som gör att de två DNA-strängarna kan hålla ihop. På grund av de olika basernas struktur bildar adenin (A) alltid vätebindningar med tymin (T), medan guanin (G) alltid bildar vätebindningar med cytosin (C). I mänskligt DNA finns det i genomsnitt 150 miljoner baspar i en enda molekyl – så många fler än vad som visas här!
Cellerna i din kropp delar sig ständigt, förnyas och dör, men för att denna process ska kunna ske måste DNA:t i cellen kunna replikera sig själv. Under celldelningen delas de två DNA-strängarna, och de två enskilda strängarna kan sedan användas som mall för att konstruera en ny version av den komplimentära strängen. Eftersom A alltid parar sig med T och G alltid parar sig med C är det möjligt att räkna ut bassekvensen på den ena strängen med hjälp av den motsatta strängen, och det är detta som gör det möjligt för DNA att replikera sig självt. Denna process utförs av en familj av enzymer som kallas DNA-polymeraser.
När DNA används för att skapa proteiner måste de två strängarna också delas. I detta fall kopieras dock DNA:s kod till mRNA (messenger ribonukleinsyra), en process som kallas ”transkription”. RNA:s struktur är mycket lik DNA:s, men med några viktiga skillnader. För det första innehåller det en annan sockergrupp i molekylens sockerfosfatryggrad: ribose i stället för deoxyribose. För det andra använder den fortfarande baserna A, G och C, men i stället för basen T används uracil, U. Uracils struktur är mycket lik tymin, med avsaknaden av en metylgrupp (CH3) som enda skillnad.
När DNA:s nukleotider har kopierats kan mRNA:t lämna cellkärnan och ta sig till cytoplasman, där proteinsyntesen äger rum. Här ”läser” komplicerade molekyler som kallas ribosomer sekvensen av baser på mRNA-molekylen. Enskilda aminosyror, som tillsammans bildar proteiner, kodas av tre bokstavsavsnitt i mRNA-strängen. De olika möjliga koderna, och de aminosyror de kodar för, sammanfattades i ett tidigare inlägg där vi tittade på aminosyrornas struktur. En annan typ av RNA, transfer-RNA, ansvarar för att transportera aminosyrorna till mRNA och låta dem sammanfoga sig.
Denna process är dock inte alltid felfri. Fel kan uppstå när DNA:s sekvens kopieras till mRNA, och dessa slumpmässiga fel kallas mutationer. Felen kan vara i form av en förändrad bas, eller till och med en borttagen eller tillagd bas. Vissa kemikalier, och strålning, kan framkalla dessa förändringar, men de kan också inträffa i avsaknad av dessa externa effekter. De kan leda till att koden för en aminosyra ändras till en annan, eller till och med blir oläsbar. Ett antal sjukdomar kan bero på mutationer under DNA-replikationen, bland annat cystisk fibros och sicklecellanemi, men det är värt att notera att mutationer också kan ha positiva effekter.
Trots att det bara finns 20 aminosyror kan människokroppen kombinera dem för att producera en häpnadsväckande siffra på cirka 100 000 proteiner. Deras skapande är en kontinuerlig process, och en enda proteinkedja kan få 10-15 aminosyror tillagda per sekund via den process som beskrivs ovan. Eftersom syftet med det här inlägget främst var att undersöka DNA:s kemiska struktur har diskussionen om replikation och proteinsyntes hållits kort och relativt förenklad. Om du är intresserad av att läsa mer om ämnet kan du kolla in länkarna nedan!
Tack till Liam Thompson för hjälpen med forskningen till det här inlägget, och för att ha gett en otroligt användbar enkel översikt över processen för proteinsyntes från DNA.
Grafiken i den här artikeln är licensierad under en Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License. Vill du dela den någon annanstans? Se webbplatsens riktlinjer för användning av innehåll.