DNA (deoxyribonukleinsyra) är en av de viktigaste molekylerna i din kropp, och även om 99,9 % av ditt DNA är detsamma som hos alla andra människor, är det de 0,1 % som skiljer sig åt som gör dig genetiskt unik! Denna lilla biologiska struktur är den ultimata instruktionsboken och innehåller ”recepten” för de proteiner som din kropp behöver för att utvecklas och fungera.

I dag ska vi ge dig en grundkurs i DNA:s grunder. Vi kommer att tala om dess struktur, hur det replikeras och vilken roll det spelar i produktionen av proteiner.

DNA:s struktur: Fenomenala biologiska krafter… Ett litet litet livsutrymme

Vet du att det i en genomsnittlig mänsklig cell finns ungefär 2 meter DNA? Det är ganska imponerande, med tanke på att även de största cellerna bara är drygt 100 µm i diameter. (Det är förresten väldigt litet – 1µm är en miljondels meter.)

Hur packas allt detta genetiska material i ett utrymme som är mycket mindre än ett knappnålshuvud? Det korta svaret är en hel del vridning och lindning. DNA lindar sig runt proteinkluster som kallas histoner för att bilda enheter som kallas nukleosomer. Dessa nukleosomer viks ihop till en sicksackmönstrad fiber som sedan bildar slingor.

Det finns 46 separata DNA-strängar i varje somatisk cell i människokroppen. Var och en av dessa kallas för en kromosom. Forskarna grupperar dem i 23 homologa par, vilket innebär att kromosomerna i varje par är likartade i struktur och funktion. Det enda undantaget är det 23:e paret – könskromosomerna – hos biologiskt sett manliga individer. X- och Y-könskromosomerna har endast vissa regioner (autosomala regioner) som är homologa.

På molekylär nivå har DNA en karakteristisk dubbelhelixform, och även om detta inte observerades av forskare förrän i mitten av 1900-talet har det snabbt blivit en av de mest ikoniska formerna inom hela vetenskapen.

Bild från A&P 6.

Sidorna av denna tvinnade stege består av omväxlande molekyler av socker (deoxyribose, för att vara exakt) och en fosfatgrupp. Varje sida har fått sitt namn efter den riktning den löper i (5′-3′ eller 3′-5′). Stegens ”steg” består av två kvävebaser som hålls samman med vätebindningar.

Bildkredit: Madeleine Price Ball (Wikimedia Commons).

Fyra kvävebaser – cytosin, tymin, adenin och guanin – finns i DNA-strängarna. När det gäller deras kemiska struktur är cytosin och tymin pyrimidiner och adenin och guanin är puriner. Adenin och tymin (A och T) bildar alltid par och guanin och cytosin (G och C) bildar alltid par. De bildar par på detta sätt eftersom A och T bildar två vätebindningar med varandra och G och C bildar tre.

På den mest grundläggande nivån ger olika delar av DNA-strängar (sekvenser av kvävebaser) instruktioner för syntesen av proteiner. En enda sektion av DNA kan till och med koda för flera proteiner!

Replikation:

Replikation av en cells DNA sker innan en cell förbereder sig för att genomgå delning – antingen mitos eller meios I.

Det sker i tre (ungefär) steg.

1. DNA avvecklas från histonerna.
2. Ett enzym som kallas DNA-helixas öppnar upp spiralstrukturen på ett DNA-segment och bryter bindningarna mellan kvävebaserna. Det gör detta på ett blixtlåsliknande sätt och lämnar en replikationsgaffel bakom sig.
3. Det är här saker och ting blir konstiga.

• På DNA:s 5′-3′-sträng glider ett enzym som kallas DNA-polymeras mot replikationsgaffeln och använder sekvensen av kvävebaser på den strängen för att göra en ny DNA-sträng som är komplementär till den (det betyder att dess baser parar sig med dem på den gamla strängen).
• På 3′-5′-strängen matchar flera DNA-polymeraser baspar i partiella segment och rör sig bort från replikationsgaffeln. Senare kopplar DNA-ligas samman dessa delsträngar till ett nytt kontinuerligt DNA-segment.

Vill du veta något snyggt? När en DNA-molekyl replikeras innehåller var och en av de nya DNA-molekyler som uppstår en sträng av den ursprungliga, så ingen av dem är helt ”ny”. Dessutom tillverkas nya histoner samtidigt som DNA:t replikeras så att de nya DNA-strängarna kan ringla sig runt dem.

Intermezzo: RNA vs DNA

Innan vi diskuterar transkription och översättning, de två processer som är centrala för proteinsyntesen, måste vi prata om en annan typ av molekyl: RNA.

RNA är mycket likt DNA – det har en sockerfosfatryggrad och innehåller sekvenser av kvävebaser. Det finns dock ett par avgörande skillnader mellan RNA och DNA:

• RNA har bara en nukleotidkedja. Den ser ut som bara en sida av DNA-stegen.

• RNA har ribose som socker i sin ryggrad.

• RNA har Uracil (U) i stället för tymin.

• RNA är mindre än DNA. RNA har en maxlängd på cirka 10 000 baser, medan DNA i genomsnitt är cirka 100 miljoner.
• RNA kan lämna kärnan. Faktum är att det gör det mesta av sitt arbete i cytoplasman.

Det finns flera olika typer av RNA, var och en med olika funktioner, men i den här artikeln kommer vi att fokusera på messenger RNA (mRNA) och transfer RNA (tRNA).

Herställning av ett protein, del 1: Transkription

Transkription är den första fasen i proteintillverkningsprocessen, även om själva proteinsyntesen inte sker förrän i den andra fasen. I huvudsak är det som händer under transkriptionen att ett mRNA ”kopierar ner” instruktionerna för att göra ett protein från DNA.

Bild från A&P 6.

Först öppnar ett enzym som kallas RNA-polymeras en sektion av DNA och sätter ihop en sträng av mRNA genom att ”läsa” sekvensen av baser på en av DNA-strängarna. Om det finns ett C på DNA kommer det att finnas ett G på RNA (och vice versa). Om det finns ett T på DNA kommer det att finnas ett A på RNA, men om det finns ett A på DNA kommer det att finnas ett U (i stället för ett T) på RNA. När RNA-polymeraset färdas ner längs DNA-strängen stänger det den spiralformade strukturen igen efter det.

För att det nya mRNA kan gå ut för att leverera sina instruktioner för proteintillverkning blir det ”rensat” av enzymer. De tar bort segment som kallas introner och skarvar sedan ihop de återstående segmenten, som kallas exoner. Exonerna är de sekvenser som faktiskt kodar för proteiner, så det är dessa sekvenser som mRNA:t måste behålla. Du kan tänka på introner som en utfyllnad mellan exonerna.

Tillbaka till att jag nämnde att en enda DNA-sekvens kan koda för flera proteiner. Alternativ splicing är anledningen till det: innan mRNA lämnar kärnan kan dess exoner splicas ihop på olika sätt.

Herställning av ett protein, del 2: Translation

När allt är städat och klart lämnar mRNA kärnan och ger sig ut för att fullfölja sitt öde: att delta i translation, den andra halvan av proteintillverkningen.

I cytoplasman måste mRNA:t gränssnittet mot tRNA med hjälp av en ribosom. tRNA är en typ av RNA som har en plats för att binda till fria aminosyror och en speciell sekvens av tre kvävebaser (ett anticodon) som binder till ribosomen.

Ribosomer är organeller som underlättar mötet mellan tRNA och mRNA. Under översättningen följer ribosomerna och tRNA instruktionerna på mRNA och sätter ihop aminosyror till proteiner.

Bild från A&P 6.

Varje ribosom består av två underenheter (stor och liten). Dessa kommer samman i början av översättningen. Ribosomala subenheter kan vanligtvis hittas flytande i cytoplasman, men en ribosom kommer att docka till det grova endoplasmatiska retikulumet om det protein som den tillverkar måste placeras i en transportvesikel. Ribosomer har också tre bindningsställen där tRNA kan docka: A-sidan (aminoacyl, första positionen), P-sidan (peptidyl, andra positionen) och E-sidan (utgångspositionen).

Utomatiskt sett har översättningen tre steg: initiering, förlängning och terminering.

Under initieringen bildar mRNA-strängen en slinga, och en liten ribosomal underenhet (botten av ribosomen) hakar på den och hittar en sekvens av baser som signalerar att den ska påbörja transkriptionen. Detta kallas startkodon (AUG).

Därefter paras ett tRNA med UAC-anticodon med detta startkodon och tar upp ribosomens andra position (P) plats. Detta tRNA bär aminosyran metionin (Met). Vid denna tidpunkt tar även den stora ribosomala underenheten plats (den är ovanför mRNA och den lilla underenheten är nedanför).

I förlängningsfasen börjar den färdigmonterade ribosomen glida längs mRNA. Låt oss säga att nästa sekvens av baser som den möter efter startkodonet är GCU. En tRNA-molekyl med anticodonet CGA kommer att binda till ribosomens första position (A)-plats. Aminosyran den bär (alanin) bildar en peptidbindning med Met. Därefter flyttar CGA-tRNA:t (som bär på Met-Ala-kedjan) till den andra positionen och UAC-tRNA:t går in i E-bindningsstället. Platsen för den första positionen är då redo att ta emot ett nytt tRNA. Denna process fortsätter tills ribosomen kommer fram till en ”stopp”-kodon.

Videofilmer från A&P 6.

Terminering är ungefär vad det låter som. När man når ”stopp”-kodonet bär det tRNA som binder till den första positionen på ett protein som kallas för en frisättningsfaktor. Aminosyrakedjan bryts då av från ribosomen och går antingen ut i cytosolen eller in i cisternen i det grova ER, och ribosomen sönderdelas. Den kan dock mycket väl samlas igen och gå runt mRNA-slingan igen. Dessutom kan flera ribosomer arbeta med samma mRNA samtidigt!

Och detta är grunderna i DNA!

Här är ett praktiskt diagram som du kan titta på om du behöver komma ihåg skillnaderna mellan transkription, översättning och replikation:

	Lokalisering	Syfte	Huvudnummer. Deltagare	Produkt(er)
Replikation	Nucleus	Duplicera en hel DNA-sträng	DNA DNA-helikas DNA-polymeras DNA-ligas	2 identiska DNA-strängar
Transkription	Nukleus	Använd en DNA-sträng för att bygga en mRNA-molekyl	DNA RNA-polymeras (DNA ligas)	mRNA
Translation	Cytoplasma	Använda mRNA för att bygga en aminosyrakedja	mRNA Ribosom tRNA (och aminosyror)	Aminosyrakedja (protein)

Om du vill veta mer om celler, kolla in dessa relaterade VB-blogginlägg:

• Anatomi & Fysiologi: Delar av en mänsklig cell
• Tiny Transportation: Passiv vs. aktiv transport i celler

Se till att prenumerera på Visible Body Blog för mer anatomi!

Är du instruktör? Vi har prisbelönta 3D-produkter och resurser för din anatomi- och fysiologikurs! Läs mer här.