DNA (deoxyribonukleinsyre) er et af de vigtigste molekyler i din krop, og selv om omkring 99,9 % af dit DNA er det samme som hos alle andre mennesker, er det de 0,1 %, der er anderledes, der gør dig genetisk unik! Denne lillebitte biologiske struktur er den ultimative brugsanvisning, der indeholder “opskrifterne” på de proteiner, som din krop har brug for for at udvikle sig og fungere.

I dag vil vi give dig en grundbog om det grundlæggende om DNA. Vi vil tale om dets struktur, hvordan det replikeres, og hvilken rolle det spiller i produktionen af proteiner.

DNA’s struktur: Fænomenale biologiske kræfter… Lillebitte livsområde

Vidste du, at der i den gennemsnitlige menneskecelle er ca. 2 m (6ft) DNA? Det er ret imponerende, når man tænker på, at selv de største celler kun er lidt over 100µm i diameter. (Det er i øvrigt meget lille – 1µm er en milliontedel af en meter.)

Hvordan kan alt det genetiske materiale være pakket ind i et rum, der er meget mindre end et knappenålshoved? Det korte svar er en hel masse snoning og vikling. DNA vikler sig om proteinklynger, der kaldes histoner, og danner enheder, der kaldes nukleosomer. Disse nukleosomer folder sig sammen til en zig-zag-mønstret fiber, som derefter danner sløjfer.

Der er 46 separate DNA-strenge i hver somatisk celle i det menneskelige legeme. Hver af disse kaldes et kromosom. Forskere grupperer dem i 23 homologe par, hvilket betyder, at kromosomerne i hvert par er ens i struktur og funktion. Den eneste undtagelse herfra er det 23. par – kønskromosomerne – hos biologisk set mandlige individer. X- og Y-kønskromosomerne har kun visse regioner (autosomale regioner), der er homologe.

På molekylært niveau har DNA en karakteristisk dobbelt-helix-form, og selv om dette ikke blev observeret af forskere før midten af det 20. århundrede, er det hurtigt blevet en af de mest ikoniske former i hele videnskaben.

Billede fra A&P 6.

Siderne af denne snoede stige består af skiftende molekyler af sukker (deoxyribose, for at være præcis) og en fosfatgruppe. Hver side er navngivet efter den retning, den løber i (5′-3′ eller 3′-5′). Stigenes “trin” består af to nitrogenbaser, der holdes sammen med hydrogenbindinger.

Billedkredit: Madeleine Price Ball (Wikimedia Commons).

Fire nitrogenbaser – cytosin, thymin, adenin og guanin – kan findes på DNA-strengene. Med hensyn til deres kemiske struktur er cytosin og thymin pyrimidiner, og adenin og guanin er puriner. Adenin og thymin (A og T) danner altid par sammen, og guanin og cytosin (G og C) danner altid par sammen. De danner par på denne måde, fordi A og T danner to hydrogenbindinger med hinanden, og G og C danner tre hydrogenbindinger med hinanden.

På det mest grundlæggende niveau giver forskellige dele af DNA-strengene (sekvenser af nitrogenbaser) instruktioner til syntese af proteiner. Et enkelt afsnit af DNA kan endda kode for flere proteiner!

Replikation:

Replikation af en celles DNA sker, før en celle forbereder sig på at gennemgå en deling – enten mitose eller meiose I.

Det foregår i tre(r) trin.

1. DNA afvikles fra histonerne.
2. Et enzym kaldet DNA-helicase åbner helixstrukturen på et segment af DNA og bryder bindingerne mellem de nitrogenholdige baser. Det gør dette på en lynlåslignende måde og efterlader en replikationsgaffel bag sig.
3. Det er her, at det går galt.

• På 5′-3′-strengen af DNA’et glider et enzym kaldet DNA-polymerase hen mod replikationsgaflen og bruger sekvensen af nitrogenbaser på denne streng til at lave en ny DNA-streng komplementær til den (det betyder, at dens baser danner par med dem på den gamle streng).
• På 3′-5′-strengen matcher flere DNA-polymeraser baseparrene i delvise segmenter, idet de bevæger sig væk fra replikationsgaflen. Senere forbinder DNA-ligase disse delstrenge til et nyt sammenhængende DNA-segment.

Vil du vide noget smart? Når et DNA-molekyle replikeres, indeholder hvert af de resulterende nye DNA-molekyler en streng af det oprindelige, så ingen af dem er helt “nye”. Der laves også nye histoner samtidig med, at DNA’et replikeres, så de nye DNA-strenge kan vikle sig om dem.

Interlude: RNA vs. DNA

Hvor vi diskuterer transkription og translation, de to processer, der er nøglen til proteinsyntese, er vi nødt til at tale om en anden slags molekyle: RNA.

RNA minder meget om DNA – det har en sukker-fosfat-rygge og indeholder sekvenser af nitrogenbaser. Der er dog et par afgørende forskelle mellem RNA og DNA:

• RNA har kun én nukleotidkæde. Den ligner kun den ene side af DNA-stigen.

• RNA har ribose som sukkerstof i sin rygsøjle.

• RNA har Uracil (U) i stedet for thymin.

• RNA er mindre end DNA. RNA har en længde på ca. 10.000 baser, mens DNA i gennemsnit er ca. 100 millioner.
• RNA kan forlade kernen. Faktisk udfører det det meste af sit arbejde i cytoplasmaet.

Der findes flere forskellige typer RNA, som hver især har forskellige funktioner, men i denne artikel vil vi fokusere på messenger RNA (mRNA) og transfer RNA (tRNA).

Produktion af et protein, del 1: Transskription

Transskription er den første fase af proteinfremstillingsprocessen, selv om den egentlige proteinsyntese først finder sted i anden fase. Det, der sker under transkriptionen, er i det væsentlige, at et mRNA “kopierer” instruktionerne til fremstilling af et protein ned fra DNA.

Billede fra A&P 6.

Først åbner et enzym kaldet RNA-polymerase et stykke DNA og samler en mRNA-streng ved at “læse” sekvensen af baser på en af DNA-strengene. Hvis der er et C på DNA’et, vil der være et G på RNA’et (og omvendt). Hvis der er et T på DNA’et, vil der være et A på RNA’et, men hvis der er et A på DNA’et, vil der være et U (i stedet for et T) på RNA’et. Efterhånden som RNA-polymerasen bevæger sig ned langs DNA-strengen, lukker den den spiralformede struktur igen efter sig.

Hvor det nye mRNA kan gå ud for at levere sine instruktioner til proteinfremstilling, bliver det “renset” af enzymer. De fjerner segmenter, der kaldes introner, og splejser derefter de resterende segmenter, kaldet exoner, sammen. Exons er de sekvenser, der rent faktisk koder for proteiner, så det er dem, som mRNA’et skal beholde. Man kan betragte introner som en slags polstring mellem exonerne.

Læs også, at jeg nævnte, at en enkelt sekvens af DNA kan kode for flere proteiner. Det skyldes alternativ splejsning: Før mRNA’et forlader kernen, kan dets exoner splejses sammen på forskellige måder.

Making a Protein, Part 2: Translation

Når det hele er renset og klar til at gå i gang, forlader mRNA’et kernen og går ud for at opfylde sin skæbne: det deltager i translation, den anden halvdel af proteinbygningen.

I cytoplasmaet skal mRNA’et mødes med tRNA ved hjælp af et ribosom. tRNA er en type RNA, der har et sted at binde sig til frie aminosyrer og en særlig sekvens af tre nitrogenbaser (et anticodon), der binder sig til ribosomet.

Ribosomer er organeller, der gør det lettere for tRNA og mRNA at mødes. Under oversættelsen følger ribosomerne og tRNA instruktionerne på mRNA’et og samler aminosyrerne til proteiner.

Billede fra A&P 6.

Hvert ribosom består af to underenheder (store og små). Disse mødes ved starten af oversættelsen. Ribosomale underenheder kan normalt findes flydende rundt i cytoplasmaet, men et ribosom lægger sig til det grove endoplasmatiske retikulum, hvis det protein, det er ved at lave, skal lægges i en transportvesikel. Ribosomer har også tre bindingssteder, hvor tRNA kan docke: A-stedet (aminoacyl, første position), P-stedet (peptidyl, anden position) og E-stedet (udgangspositionen).

Ultimativt har translation tre trin: initiering, elongation og terminering.

Under initieringen danner mRNA-strengen en løkke, og en lille ribosomal underenhed (bunden af ribosomet) hægter sig på den og finder en sekvens af baser, der signalerer, at den skal påbegynde transkriptionen. Dette kaldes startkodonet (AUG).

Dernæst danner et tRNA med UAC-anticodon par med dette startkodon og indtager ribosomets anden position (P) sted på ribosomet. Dette tRNA bærer aminosyren methionin (Met). På dette tidspunkt kommer den store ribosomale underenhed også på plads (den er over mRNA’et og den lille underenhed er under).

I elongationsfasen begynder det fuldt sammensatte ribosom at glide langs mRNA’et. Lad os sige, at den næste sekvens af baser, som det møder efter startkodonet, er GCU. Et tRNA-molekyle med anticodonet CGA vil binde sig til ribosomets første position (A) sted på ribosomet. Den aminosyre, som det bærer (alanin), danner en peptidbinding med Met. Herefter bevæger CGA-tRNA’et (der bærer Met-Ala-kæden) sig til anden position, og UAC-tRNA’et går ind på E-bindingsstedet. Det første positionssted er derefter klar til at modtage et nyt tRNA. Denne proces fortsætter, indtil ribosomet når frem til et “stop”-kodon.

Videooptagelser fra A&P 6.

Terminering er stort set, hvad det lyder som. Når man når frem til “stop”-kodonet, bærer det tRNA, der binder sig til den første position, et protein, der kaldes en frigørelsesfaktor. Aminosyrekæden brydes derefter af fra ribosomet og går enten ud i cytosolen eller ind i cisternen i det grove ER, og ribosomet skilles ad. Det kan dog meget vel samle sig igen og gå rundt om mRNA-sløjfen igen. Desuden kan flere ribosomer arbejde på det samme mRNA på samme tid!

Og det er det grundlæggende om DNA!

Her er et praktisk skema, som du kan kigge på, hvis du skal huske forskellene mellem transkription, translation og replikation:

	Lokalisering	Formål	Hovedformål Deltagere	Produkt(er)
Replikation	Nucleus	Duplikerer en hel DNA-streng	DNA DNA-helikase DNA-polymerase DNA-ligase	2 identiske DNA-strenge
Transskription	Nukleus	Brug en DNA-streng til at opbygge et mRNA-molekyle	DNA RNA-polymerase (DNA ligase)	mRNA
Translation	Cytoplasma	Brug mRNA til at opbygge en aminosyrekæde	mRNA Ribosom tRNA (og aminosyrer)	Aminosyrekæde (protein)

Hvis du vil vide mere om celler, se disse relaterede indlæg i VB Blog:

• Anatomi & Fysiologi: Dele af en menneskelig celle
• Små transport: Passiv vs. aktiv transport i celler

Sørg for at abonnere på Visible Body Blog for at få flere fantastiske anatomioplevelser!

Er du instruktør? Vi har prisbelønnede 3D-produkter og ressourcer til dit anatomi- og fysiologiundervisningskursus! Få mere at vide her.