DNA
Wikipedia
Deoksiribonukleiinihappo eli DNA on nukleiinihappo, joka sisältää kaikkien eliöiden solujen ja joidenkin virusten geneettisen materiaalin. Eliön lisääntyessä geneettinen materiaali kopioituu ja välitetään jälkeläisille.
Eukaryooteissa DNA on kromosomeissa solun tumassa. Prokaryooteissa DNA on rengasmaisena molekyylinä solun sisällä ilman tumaa nukleoidiksi kutsutulla alueella. Eläin- ja kasvisolujen mitokondriot sekä kasvisolujen kloroplastit sisältävät oman rengasmaisen DNA:nsa kuten bakteereissa.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Molekyylin rakenne
DNA koostuu kahdesta makromolekyylistä, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa typpiemäsosien välisin vetysidoksin. Nämä molekyylit koostuvat kolmenlaisista yksiköistä:
- pentoosisokeri
- typpiemäkset
- fosforihappo
Kun sokeriin esteröityy fosforihappo, saadaan nukleotidi. Nukleotidit polymeroituvat esterireaktiolla, jolloin syntyy nukleiinihappoketju.
Sekundaarirakenteena on kaksoiskierre, α-helix, jossa emäsparit liittyvät oikeakätisesti yhteen siten että muodostuu A-T ja C-G pareja. 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.
[muokkaa] DNA:n kopioituminen
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 yksi 10 miljardista emäsparista kopioituu väärin.
[muokkaa] Proteiinisynteesi
[muokkaa] Transkriptio
-
Pääartikkeli: Transkriptio
Geenissä sarja DNA:n nukleotideja muodostaa ohjeen proteiinin valmistamiseen. Eukaryooteilla proteiinisynteesi alkaa tumassa, jossa DNA:n transkriptio tapahtuu. Transkriptiossa kaksoiskierre avautuu helikaasi-entsyymin avulla ja DNA:sta kopioidaan lähetti-RNA, mRNA, joka on peilikuva alkuperäiselle geenille. Transkriptiota ohjaavat useat transkriptiofaktorit, jotka säätelevät geenien kopiointia mRNA:ksi. Lähetti-RNA kulkee tumakalvon läpi tumahuokosten kautta solulimaan. Ennen kuin proteiinisynteesi alkaa, tapahtuu eukaryooteilla mRNA:n silmukointi eli pujonta (engl. splicing). Silmukointi tarkoittaa intronien poistamista geenin koodaavien osien, eksonien välistä. Silmukointi voi tapahtua monella tavalla: joskus jokin introneista voidaan jättää silmukoimatta tai jokin eksoneista voidaan silmukoida pois kypsästä mRNA:sta. Vaihtoehtoisen silmukoinnin avulla yhdestä geenistä saadaan useita erilaisia proteiineja.
[muokkaa] Translaatio
-
Pääartikkeli: Translaatio
Silmukoinnin jälkeen on vuorossa mRNA:n translaatio: mRNA:n nukleotidijärjestys muutetaan proteiinin aminohappojärjestykseksi. Kolmen peräkkäisen emäksen jakso mRNA:ssa on kodoni. Se määrää proteiinisynteesissä käytettävät aminohapot. Koska neljästä emäksestä saadaan 64 erilaista kolmen emäksen yhdistelmää, ja aminohappoja on vain n. 20, niin jokaista aminohappoa vastaa useampi kodoni. Tämän lisäksi kodoneista yksi on nk. aloituskodoni ja kolme erilaisia lopetuskodoneja, jotka määrittävät transkription alku- ja loppukohdan. Translaatio tapahtuu joko soluliman vapaissa ribosomeissa tai endoplasmakalvostoon kiinnittyneissä ribosomeissa. Ensimmäisessä vaihtoehdossa proteiini jää solulimaan tai kulkeutuu tumaan. Jälkimmäisessä tuotetaan proteiineja eksosytoitaviksi (ks. alla) tai kalvoproteiineiksi (esim. solukalvolle, tumakalvolle, endoplasmakalvostolle). Translaatiossa ribosomi kiinnittyy mRNA-ketjuun. tRNA-molekyylit (siirtäjä-RNA, engl. transfer RNA eli tRNA) käy sovittamassa omaa antikodoniaan (kodonin peilikuva) mRNA:n kodoniin. Jos ne täsmäävät, niin tRNA jää paikalle, ja ribosomi siirtyy seuraavan kodonin kohdalle. Näin aminohappoketju pitenee, kunnes tullaan lopetuskodonin (UAA, UAG tai UGA) kohdalle. Proteiinin täytyy seuraavaksi laskostua, ja siihen liitetään endoplasmakalvostossa ja Golgin laitteessa hiilihydraattiosia (translaation jälkeinen modifikaatio; engl. posttranslational modification).
[muokkaa] DNA:n rakenteen historiaa
Ensimmäisen kerran DNA:n eristi sveitsiläinen tutkija Friedrich Miescher vuonna 1869 lohen mädistä ja tulokset julkaistiin kaksi vuotta myöhemmin.[1]. Löytämänsä molekyylin merkityksestä hänellä ei vielä ollut aavistustakaan. DNA:n tehtävän perimän siirtäjänä osoittivat kokeellisesti amerikkalaiset Oswald Avery, Colin MacLeod ja Maclyn McCarty lähes 70 vuotta myöhemmin.
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 poismeno 1958 esti häntä saamasta Nobelin palkintoa, koska sitä ei jaeta postuumisti.
[muokkaa] DNA ja ihmiskäsitys
Charles Darwinin evoluutioteoria jätti vielä epäilyn mahdollisuuksia ihmisen erikoisasemasta luonnossa. DNA:n löytämisen jälkeen ihmisen asema kiinteänä osana luontoa oli vaikeasti kiellettävissä. DNA sitoo koko elävän luonnon yhteen. Tämän epäilyn oli aloittanut Galileo Galilei 1500-luvun lopussa.
[muokkaa] Kirjallisuutta
- Dawkins, Richard (1989). Sokea kelloseppä. Suomentanut Risto Varteva. Porvoo: Helsinki: Juva, WSOY. (Alkuteos: The Blind Watchmaker: Why the Evidence of Evolution Reveals a Universe Without Design, 1986.) ISBN 951-0-15863-1
- Dawkins, Richard (1995). Viesti miljardien vuosien takaa. Suomentanut Risto Varteva. Tieteen huiput. Porvoo: Helsinki: Juva: WSOY. (Alkuteos: River Out of Eden, 1995.) ISBN 951-0-20552-4
- Dawkins, Richard (1989). Geenin itsekkyys. Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Art House, 1993. (Alkuteos: The Selfish Gene. Suomennettu 2. laajennetusta laitoksesta.) ISBN 951-884-107-1
[muokkaa] Lähteet
- ↑ 1869 - Johann Friedrich Miescher Luettu 25.3.2007
