DNA

Byggesteinene (nukleotidene) i DNA-trådene ligger ikke i tilfeldig rekkefølge. De fire ulike nukleotidene A, C, T og G kan sammenlignes med fire forskjellige bokstaver i et slags alfabet. Dette alfabetet brukes til «å skrive» oppskriftene for alle egenskaper en organisme har. Oppskriftene kalles gener. Gener går i arv fra én generasjon til den neste, og kalles derfor også arveanlegg. Systemet som beskriver hvordan de fire bokstavene brukes til å kode for egenskaper i organismen kalles «den genetiske koden». Vi sier derfor at gener koder for egenskaper.

Informasjonen som ligger lagret i genene er oppskrifter på ulike proteiner. Proteiner er helt sentrale byggesteiner i organismen, og utfører i tillegg mange av de viktigste biologiske funksjonene. For eksempel er de viktigste proteinene i musklene aktin og myosin. Aktin og myosin sørger for at musklene kan trekke seg sammen. Noen gener er også oppskrifter på RNA-molekyler, for eksempel rRNA (ribosomalt RNA) som er en bestanddel i ribosomene (proteinfabrikker).

Alle proteiner er satt sammen av mindre bestanddeler som kalles aminosyrer, og rekkefølgen på aminosyrene avgjør hvilken form og funksjon proteinet får. Denne rekkefølgen er beskrevet i DNA-ets genetiske kode.

Når cellen skal lage et protein ut fra oppskriften i ett enkelt gen, må det først produseres en «arbeidskopi» av originalen. Dette gjøres ved at det lages et nytt molekyl som kalles RNA (ribonukleinsyre). RNA har en oppbygning som ligner veldig på DNA, men det er noen små forskjeller. RNA består av kun én enkelt tråd, i motsetning til DNA, som består av to tråder. Det har også et annet sukkermolekyl. Sukkermolekylet i RNA heter ribose (i DNA heter det deoksyribose). I tillegg er en av basene byttet ut: U (uracil) erstatter T (thymin).

Etter at RNA-kopien er ferdig, fraktes den ut av cellekjernen og ut til ribosomene, som er cellens egne proteinfabrikker. DNA fungerer som en oppskrift på proteiner ved at tre og tre nukleotider, for eksempel AGA eller CGG, koder for én enkelt aminosyre. DNA gir altså ordrene og beskriver hvordan proteinet skal se ut, mens RNA utfører selve arbeidet.

De aller fleste gener inneholder oppskrifter på proteiner, og disse kalles gjerne proteinkodende gener. Det finnes også noen gener som inneholder andre typer informasjon. Noen av disse inneholder oppskrifter på ulike typer RNA-molekyler som cellene trenger. Det finnes også gener som ikke blir oversatt i det hele tatt, men som er med på å påvirke aktiviteten i de proteinkodende genene.

Den genetiske koden vil variere avhengig av hvilken art som skal bygges, for eksempel et grantre, en ulv, en bakterie eller et menneske. Jo større forskjellene er, jo mer ulike er organismene. For eksempel har DNA-koden til et menneske mye mer til felles med DNA-koden til en elefant enn DNA-koden til en blåklokke. Veldig mye av DNA-koden er likevel lik mellom de ulike artene, fordi mange grunnleggende prosesser i celler og vev er like og alt liv har samme opphav. For eksempel finner man igjen omtrent 60 prosent av bananfluas gener i en liknende form i mennesket. Dette er grunnen til at man kan bruke andre organismer, som bananflue, til å studere gener i mennesket og andre dyr. Det samme gjelder hos planter. Dette kalles å bruke modellorganismer.

Det finnes også variasjoner i DNA mellom individer av samme art, for eksempel mellom to mennesker. Dette skyldes mutasjoner, det vil si endringer i rekkefølgen av baser i DNA-tråden. Disse endringene kan oppstå av ulike årsaker. Den viktigste årsaken er at det kan skje feil når DNA-molekylet kopierer seg selv. En annen årsak er påvirkning fra miljøet, for eksempel fra radioaktiv stråling. Uansett hva som er årsaken til at endringene oppstår vil noen slike endringer gå videre til neste generasjon hvis endringen har skjedd i kjønnscellene. Derfor vil DNA-et til barn aldri være en tro kopi av foreldrenes DNA. Det vil være veldig likt, men altså ha noen forskjeller på grunn av mutasjoner.

En annen grunn til at vi har variasjon i arvestoffet vårt er måten kjønnscellene (eggceller og sædceller) lages på. Da skiller kromosomparene lag og halvparten går til den ene cellen og halvparten til den andre. Denne halveringen er nødvendig, fordi ved befruktning smelter to kjønnsceller sammen og danner et embryo med et komplett kromosomsett. Nøkkelen til variasjonen er at det er helt tilfeldig hvordan kromosomene fordeler seg. Hvis vi tenker oss mennesket med 23 par kromosomer, betyr det at vi har 2²³ (det vil si nesten 8,4 millioner) mulige kombinasjoner når kjønnscellene skal lages. Når to kjønnsceller smelter sammen for å lage et nytt individ, vil dette individet ha en helt unik kombinasjon av gener som ingen andre har.

DNA-molekylets oppbygning ble beskrevet i 1953 av den amerikanske biokjemikeren James Watson og den britiske biofysikeren Francis Crick. I 1962 mottok de Nobelprisen i medisin eller fysiologi for oppdagelsen, sammen med newzealenderen Maurice Wilkins. Wilkins hadde sammen med britiske Rosalind Franklin arbeidet med røntgenundersøkelser for å avdekke DNA-strukturen. Det var Rosalind Franklin som under Wilkins' ledelse gjorde de avgjørende røntgendiffraksjons-undersøkelsene og oppnådde resultatene som gjorde det mulig for Crick og Watson å beskrive dobbelheliksen. Rosalind Franklin døde i 1958 av kreft, antagelig forårsaket av røntgenundersøkelsene.

Oppdagelsen av DNA representerte starten på en lang rekke gjennombrudd innen arvelighetslæren og var begynnelsen til den moderne genetikken og genteknologien.

Lenge før forskerne fant ut hvordan DNA-molekylet er bygd opp og hvordan den genetiske koden fungerer, var det også en stor debatt om det var DNA eller proteiner som var arvestoffet. I starten av debatten var veldig mange overbevist om at det måtte være proteiner fordi de mente proteinene kunne ha mye større variasjon enn DNA. Man trodde rett og slett det var umulig at DNA kunne inneholde nok variasjon til å sørge for alle de ulike artene og det biologiske mangfoldet som fins på jorda og variasjonen mellom individer av samme art (som mellom foreldre og barn). Det var to eksperimenter som slo fast en gang for alle at DNA er arvestoffet.

Det ene eksperimentet hadde med mus og lungebetennelse å gjøre. Bakteriene som gjorde at musene ble syke med lungebetennelse hadde en bestemt egenskap som beskyttet dem mot musenes immunsystem. Bakteriene ble kalt S. Hvis en annen type bakterie (kalt R) av samme art, som ikke fører til lungebetennelse, blandes sammen med S, vil R få DNA av S og kunne dermed også gi musene lungebetennelse. Man gjorde forsøk som viste at det virkelig var DNA som ble overført mellom de to bakteriene og ikke proteiner. Altså, det var DNA som kodet for den bestemte egenskapen som beskyttet bakteriene mot musenes immunforsvar.

Det andre eksperimentet brukte virus som angriper bakterier til å vise at viruset overførte DNA-et sitt, og ikke proteinene sine, når det angriper bakterier for å lage nye kopier av seg selv. Dette gjorde forskerne ved å merke DNA og proteiner med to ulike typer radioaktivitet. Forskerne lot viruset angripe mange bakterier, puttet bakteriene i en kjøkkenmaskin (som de fikk låne av en dame som het Ms. McDonald), og analyserte hva de nye virusene bestod av. Forskerne kunne måle at de nye virusene hadde det radioaktive merket som DNA-et hadde fått, ikke det som proteinene hadde fått. Dette viste at det var DNA som var arvestoffet som de nye virusene hadde fått fra sine «virusforeldre».