DNA-syntes

De DNA-syntes sker som en del av replikationen av DNA. DNA är bärare av genetisk information och kontrollerar alla livsprocesser. Hos människor, som i alla andra levande saker, ligger den i cellens kärna. DNA är i form av en dubbelsträng, liknande en vriden repstege som kallas en spiral. Denna dubbla spiral består av två DNA-molekyler. Var och en av de två komplementära enkelsträngarna består av en ryggrad av sockermolekyler (deoxiribos) och fosfatrester, till vilka de fyra organiska, kväveinnehållande baserna guanin, adenin, cytosin och tymin är bundna. De två strängarna är bundna till varandra via vätebindningar mellan motstående, så kallade komplementära baser. Enligt principen om komplementär basparning är endast kopplingar mellan guanin och cytosin å ena sidan och adenin och tymin å andra sidan möjliga.

Vad är DNA-syntes?

För att DNA ska kunna replikeras är processen för DNA-syntes nödvändig. Den beskriver strukturen för deoxiribonukleinsyra (förkortad DNA eller DNA). Det viktigaste enzymet här är DNA-polymeras. Detta är det enda sättet celldelning är möjlig.

För replikation kopplas den tvinnade DNA-dubbelsträngen först av enzymer, så kallade helikaser och topoisomeraser, och de två enskilda strängarna separeras från varandra. Denna förberedelse för den faktiska replikationen kallas initiering. Nu syntetiseras en bit RNA, som DNA-polymeraset behöver som utgångspunkt för sin enzymatiska aktivitet.

Under den efterföljande töjningen (strängförlängning) kan varje enskild tråd användas av DNA-polymeraset som en mall för att syntetisera det komplementära motpart-DNA. Eftersom en av baserna bara kan binda till en annan bas, är det möjligt att rekonstruera den andra, associerade strängen med en enda tråd. Denna tilldelning av komplementära baser är uppgiften för DNA-polymeras.

Sockerfosfatryggraden i den nya DNA-strängen kopplas sedan av ett ligas. Detta skapar två nya DNA-dubbelsträngar, var och en innehåller en tråd från den gamla DNA-spiralen. Den nya dubbla helixen kallas därför semikonservativ.

Båda strängarna i den dubbla spiralen har en polaritet som indikerar molekylernas orientering. Riktningen för de två DNA-molekylerna i en spiral är motsatt. Eftersom DNA-polymeraset bara fungerar i en riktning kan endast strängen som är i lämplig orientering byggas upp kontinuerligt. Den andra strängen är syntetiserad bit för bit. De resulterande DNA-segmenten, även kända som Okazaki-fragment, förenas sedan av ligaset.Avslutningen av DNA-syntes med hjälp av olika kofaktorer kallas avslutning.

Funktion & uppgift

Eftersom de flesta celler bara har en begränsad livslängd måste nya celler ständigt bildas i kroppen genom celldelning för att ersätta de döende. De röda blodkropparna i människokroppen har till exempel en genomsnittlig livslängd på 120 dagar, medan vissa tarmsceller måste ersättas med nya celler efter en eller två dagar. Detta kräver mitotisk celldelning, där två nya, identiska dotterceller skapas från en modercell. Båda cellerna behöver den kompletta uppsättningen gener, vilket innebär att den, till skillnad från andra cellkomponenter, inte helt enkelt kan delas upp. Så att ingen genetisk information går förlorad under uppdelning, måste DNA fördubblas ("replikeras") innan uppdelning.

Celldelning sker också under mognad av manliga och kvinnliga groddceller (ägg- och spermierceller). I de meiotiska uppdelningarna som äger rum fördubblas inte DNA, eftersom en minskning med hälften av DNA är önskvärd. När ägg- och spermiercellerna smälter samman nås hela antalet kromosomer, DNA: s förpackningstillstånd.

DNA är viktigt för att människokroppen och alla andra organismer kan fungera eftersom det är grunden för syntesen av proteiner. En kombination av tre på varandra följande baser står för en aminosyra, varför den kallas en triplettkod. Varje bas triplett "översätts" till en aminosyra via messenger RNA (mRNA); dessa aminosyror kopplas sedan till proteiner i cellplasma. MRNA skiljer sig från DNA endast i en atom i sockerresten i ryggraden och i några få baser. MRNA tjänar huvudsakligen som en informationsbärare för transport av information lagrad i DNA från cellkärnan in i cellplasma.

Sjukdomar och sjukdomar

En organisme som inte kan DNA-syntes kan inte vara livskraftig, eftersom nya celler måste bildas genom celldelning under den embryonala utvecklingen. Fel i DNA-syntes, det vill säga individuella felaktigt inkorporerade baser som inte följer principen om komplementär basparning, förekommer relativt ofta. På grund av detta har mänskliga celler reparationssystem. Dessa är baserade på enzymer som kontrollerar DNA-dubbelsträngen och korrigerar felaktigt införda baser med olika mekanismer.

För detta ändamål kan till exempel området runt fel bas skäras ut och byggas om enligt den förklarade syntesprincipen. Men om cellens DNA-reparationssystem är defekta eller överbelastade kan basmatchningar, kända som mutationer, ackumuleras. Dessa mutationer destabiliserar genomet och ökar därmed sannolikheten för nya fel under DNA-syntesen. En ansamling av sådana mutationer kan leda till cancer. Mutationen ger vissa gener en cancerfrämjande effekt (förstärkning av funktion), medan andra gener förlorar sin skyddande effekt (förlust av funktion).

I vissa celler är emellertid en ökad felfrekvens till och med önskvärd för att göra dem mer anpassningsbara, till exempel i vissa celler i det mänskliga immunsystemet.