DNA

• Eliöiden periytyvä informaatio on tallennettuna DNA-molekyyleihin. Jokaisessa tumallisessa solussa (tumattomia soluja ovat esimerkiksi punaiset verisolut) on DNA-molekyylejä. Perintötekijä eli geeni on palanen DNA:ta. DNA on solun tumassa kiertyneenä proteiinimolekyylien ympärille. DNA ja sitä kannattelevat proteiinit muodostavat yhdessä kromosomin. Esimerkiksi ihmissolussa on 23 paria kromosomeja.
  
  

  

• DNA ei pysty poistumaan tumasta, joten perimän siirtäminen jokaiseen muodostuvaan tumalliseen soluun tapahtuu RNA-molekyylien välityksellä. DNA-molekyylit sisältävät eliön kaikkien proteiinien valmistusohjeen, siis myös RNA:n synteesissä tarvittavien proteiinirakenteisten entsyymien (RNA-polymeraasien) rakennusohjeen.

• Lisätietoa geenien ja DNA:n suhteesta

  Geeni ei ole yhtenäinen DNA:n palanen eikä DNA aukoton geenijono.

  Bakteerien geenit ovat lähes yhtenäisenä pakettina DNA:ssa: melkein koko bakteerien DNA koodaa proteiineja. Sen sijaan aitotumaisten eliöiden DNA:ssa geenit ovat saarekkeina. Saarekkeiden välissä on pitkiä alueita, joiden koodilla ei näytä olevan mitään tekemistä proteiinien määrittelyssä. Esimerkiksi ihmisen DNA:sta vain noin 5 % koodaa proteiineja. Yksi geeni ei myöskään välttämättä määrittele aina yhtä polypeptidiä, vaan sama geeni voi koodata useampia polypeptidejä. Lisäksi geenit voivat sijaita lomittain tai jopa toistensa sisällä. Geenien sijoittuminen DNA:han on siten osittain jaksollista tai mosaiikkimaista. Näistä syistä geenin yksikäsitteinen määrittely on hankalaa. Geenikäsitys onkin nykytutkimuksessa murrostilassa.

• DNA on hyvin pitkäketjuinen polymeeri, polynukleotidi, joka koostuu kahdesta serpentiinimäisesti ja symmetrisesti saman akselin (kuvitellun) ympäri kiertyvästä juosteesta. Useimmat DNA-molekyylit ovat umpinaisia lenkkejä, jotka ovat vielä punoutuneet ns. superkierteeksi.

DNA-genomien kokoja

Vertailukohdaksi: lähes pallomaisen hemoglobiinimolekyylin läpimitta on noin 650 nm eli 0,65 µm, kollageeniproteiinin pituus on keskimäärin 30 000 nm eli 30 µm. Kollageeni kuuluu kaikkein pisimpiin proteiineihin. DNA-kierteen läpimitta on noin 200 nm (20 Å).
Mitat, Stryer, Lubert: Biochemistry (4. painos), W.H. Freeman, 1995, ss. 81, 87

	Vasemmalla DNA:n kaksoiskierteen malli. Oikealla kaavio DNA:n rakenteesta.

• Juosteiden runko koostuu vuorottelevista fosfaatti- ja deoksiriboosiosista, jotka suuntautuvat kierteen pintaan. Deoksiriboosi on yksinkertainen hiilihydraatti. Jokaiseen deoksiriboosiin on kiinnittynyt jokin seuraavista neljästä emäksestä: adeniini (A), tymiini (T), guaniini (G) ja sytosiini (C). Emäsosat suuntautuvat kierteen sisälle. Kummassakin juosteessa on samat emäkset mutta päinvastaisessa järjestyksessä. Emästen järjestys sisältää koodin, joka määrittelee eliön proteiinit.
  
  
• Vastakkaisten juosteiden emäkset kiinnittyvät toisiinsa vetysidoksilla. Emäksistä aina adeniini (A ) ja tymiini (T ) sekä guaniini G ja sytosiini (C) muodostavat parin. AT-parissa on kaksi ja GC-parissa kolme vetysidosta.
  
  Jos esimerkiksi yhdessä juosteen kohdassa on emäsjärjestys TAG, sitä vastaavassa kohdassa toisessa juosteessa on järjestys ATC.

Vasemmalla on pala DNA-kierteen ns. lankamallista, jossa näkyvät pelkät sidokset. Huomaa emäsparien asento juosteen runkoon nähden. Oikealla DNA:ta akselin suunnasta katsottuna. Lisätietoa näistä DNA-malleista

• DNA:n rakenteessa toistuva yksikkö on nukleotidi (fosfaatti + deoksiriboosi + emäs).

	Kun deoksiriboosin alkoholihydroksyyliryhmä reagoi fosfaatin (biologian teksteissä puhutaan usein fosforihappotähteestä) kanssa, syntyy esteri. Koska fosfaattiin liittyy kaksi riboosiyksikköä, esteriä nimitetään fosfodiesteriksi. Tätä reaktiota katalysoivat omat DNA-polymeraasientsyyminsä.

• Emäksen kiinnittyessä deoksiriboosiin emäksen yksi amiiniryhmä ja deoksiriboosin alkoholihydroksyyliä kantava (happisillan vieressä oleva) hiiliatomi reagoivat keskenään. Tämäkin reaktio on tyypiltään kondensaatio, jossa lohkeaa vettä.

• Emäsparien vetysidokset kiinnittävät DNA-kierteet, mutta myös peräkkäin osuvien emästen välisillä van der Waalsin voimilla on rakenteen pysyvyyden kannalta merkitystä, sillä emästen rengasrakenteet sijoittuvat limittäin ja suhteellisen lähelle toisiaan. Vetysidoksin kiinnittyneet emästen muodostamat tasot ovat miltei yhtä suuria ja kohtisuorassa DNA:n akselia vastaan. Niinpä juosteet pääsevät kiertymään säännölliseksi kaksoiskierteeksi.

• Solun jakautuessa DNA:n juosteet eroavat tosistaan ja kumpikin juoste kopioituu uudeksi kaksoiskierteiseksi polynukleotidiksi. Kemiallisena tapahtumana DNA:n kopioituminen (replikaatio) on hyvin monivaiheinen ja siihen osallistuu useita proteiineja, mm. useita erilaisia DNA-polymeraasientsyymejä.

• Eräiden virusten DNA sisältää vain yhden juosteen. Joiltakin viruksilta DNA puuttuu kokonaan ja perinnöllinen informaatio on sijoittunut RNA-molekyyleihin.