DNA – arvestoff

DNA (skjem. tegning, dobbelheliks) (bilde)

Cellekjerner fra hale av salamander, fotografert fra et originalt preparat laget av Alexander Fleming i 1885. Bildet viser celledeling i forskjellige stadier, metafase til høyre, anafase nederst til venstre. I disse stadiene ser man tydelig kromosomene som inneholder DNA.

DNA – arvestoff, deoksyribonukleinsyre, kjemisk forbindelse, arvestoffet som kontrollerer prosessene i alle levende organismers celler. DNA finnes vesentlig i cellekjerner.

Det viktigste beviset for at DNA er det egentlige arvestoffet er fremkommet ved å undersøke virusangrep på bakterieceller. Man finner at angrepet utføres ved at viruset (bakteriofagen) fester seg til bakteriecellen og gir cellen en injeksjon av DNA. Virusets øvrige bestanddeler, proteinene, invaderer ikke cellen. Etter injeksjonen begynner virusets DNA sin virksomhet i bakteriecellen og regulerer produksjonen dels av nytt virus-DNA, dels av proteinmolekyler – som sammen med DNA kombineres til nye virus. Et annet bevis kommer fra transformasjonsforsøk med bakterier. Ved å ekstrahere DNA fra en bakteriestamme og behandle en annen bakteriestamme med dette ekstraktet kan man få overført arvelige egenskaper fra den ene stammen til den andre. Dette var det første beviset for at DNA var arvestoffet, utført av Osvald Avery og medarbeidere i 1944.

Oppbygging

Alle DNA-molekyler – enten de kommer fra et virus, en bakterie, en plante eller et dyr – er bygd opp av fire forskjellige grunnenheter, nukleotider. Et nukleotid består av et sukkermolekyl (deoksyribose) hvortil er knyttet et fosforsyremolekyl og en nitrogenholdig base, enten adenin, tymin, guanin eller cytosin. Nukleotidene kan kobles sammen til polynukleotider ved at deoksyribosen i et nukleotid forbinder seg med fosforsyren i et annet. Slik kan det dannes lange kjeder av deoksyribose og fosfat, hvorfra nitrogenbasene stikker ut til siden. I DNA-molekylet er to slike kjeder forbundet med hydrogenbindinger mellom nitrogenbasene. Slike bindinger dannes bare mellom adenin-tymin og guanin-cytosin. Sukkerfosfat-kjeden har form av en heliks, en vindeltrapp. DNA-molekylet er en dobbel-heliks av sukkerfosfat knyttet sammen med basepar. Se også nukleinsyrer.

Funksjon

Rekkefølgen av baseparene bestemmer DNA-molekylets biokjemiske funksjon i cellen, arvestoffets budskap, etter et bestemt system, den genetiske kode (se DNA-sekvensering nedenfor). Proteinets oppbygning er bestemt av rekkefølgen av de lineært ordnede aminosyrene det er sammensatt av. DNA-molekylet må altså inneholde beskjed om rekkefølgen av aminosyrene. Dette foregår ved at tre og tre baser bestemmer hver sin aminosyre. Vi vet f.eks. at basene tymin-tymin-tymin er koden for aminosyren fenylalanin.

DNA gir sitt budskap til cellen ved å være modell for dannelsen av en annen nukleinsyre, en ribonukleinsyre (RNA), der adeninet i DNA under RNA-dannelsen binder uracil, tymin binder adenin, cytosin binder guanin, guanin binder cytosin. Dette budbringer-RNA (eng. messenger RNA) transporteres fra cellekjernen ut til ribosomene i cytoplasmaet der syntesen av proteinene foregår (se proteinsyntese). DNA gir altså ordrene, mens RNA utfører arbeidet. Det ble først antatt at DNA bare kunne være modell for RNA, aldri omvendt. Men visse virus-RNA, som forårsaker kreft hos dyr, er modell for dannelsen av komplementære DNA-molekyler i cellen.

Nydannelse

Når en organisme vokser eller formerer seg, skyldes dette bl.a. at det ved celledeling oppstår to helt like celler av en enkelt modercelle. Under denne prosessen må arvestoffet ha fordoblet seg. Nydannelsen (replikasjonen) av DNA foregår ved at hydrogenbindingene mellom de to halvdelene av molekylet løsner. Hver av de frie trådene får så en ny partner ved at frie nukleotider knyttes til ved hjelp av nye hydrogenbindinger etter et slikt mønster at ved tymin knyttes det til et adeninholdig nukleotid, ved cytosin et guaninholdig osv. Til alle de prosessene som her er nevnt, kreves bestemte enzymer, som finnes i cellen.

DNA-reparasjon

Syntetisk DNA

Syntetisk DNA ble første gang laget av Arthur Kornberg i 1968, dengang med et naturlig virus som modell. I 1976 hadde H. G. Khorana klart å bygge et arveanlegg fullstendig syntetisk ut fra enkelte bestanddeler. Biokjemikere kan nå skjøte sammen DNA-stykker fra ulike organismer og få dem til å fungere i en celle. Eksperimenter med såkalte rekombinante DNA-molekyler (genteknologi) er en viktig metode i genetisk forskning, i dyre- og planteforedling samt i diagnostikk og etter hvert behandling av arvelig sykdom. Organismer med rekombinant DNA kalles transgene – de kan ha uønskede virkninger på menneske og miljø. Av den grunn og fordi genetisk kunnskap om mennesker er følsomme opplysninger, er genteknologisk forskning og anvendelse regulert ved lov i Norge (se bioteknologi).

DNA-sekvensering

CpG-øyer