Samantekt kafla
14.1 Sögulegur grunnur nútímaskilnings
DNA var fyrst einangrað úr hvítfrumum af Friedrich Miescher, sem kallaði það núkleín vegna þess að það var einangrað úr kjörnum. Tilraunir Frederick Griffith með stofna af Streptococcus pneumoniae gáfu fyrstu vísbendinguna um að DNA gæti verið ummyndunarþátturinn. Avery, MacLeod og McCarty sýndu fram á að DNA er nauðsynlegt fyrir erfðaummyndun baktería. Síðar sönnuðu tilraunir Hershey og Chase með bakteríufaganum T2 að DNA er erfðaefnið. Chargaff komst að því að hlutföllin A = T og C = G gilda og að prósentuhlutföll A, T, G og C eru mismunandi eftir tegundum.
14.2 Bygging og raðgreining DNA
Núverandi viðurkennda líkanið af tvöföldum gormi DNA var lagt til af Watson og Crick. Meðal helstu eiginleika þess er að tveir strengir tvöfalda gormsins hafa samstæðar basaraðir og andsamsíða stefnu. Deoxýríbósasykrur og fosföt mynda til skiptis hryggjarstykki sameindarinnar og niturbasarnir liggja staflaðir eins og þrep inni í gorminum. Þvermál tvöfalda gormsins, 2 nm, er alls staðar jafnt. Púrín parast alltaf við pýrimídín; A parast við T og G parast við C. Einn snúningur gormsins hefur 10 basapör. Dreifkjörnungar eru að mörgu leyti mun einfaldari en heilkjörnungar. Flestir dreifkjörnungar innihalda einn hringlaga litning. Almennt innihalda litningar heilkjörnunga línulega DNA-sameind sem er pakkað í litnisagnir og hafa tvö aðgreinanleg svæði sem sjást með litun og endurspegla mismunandi stig pökkunar og þéttingar.
14.3 Grunnatriði eftirmyndunar DNA
Við frumuskiptingu fær hver dótturfruma afrit af hverri DNA-sameind með ferli sem kallast eftirmyndun DNA. Eini litningur dreifkjörnungs, eða hver litningur heilkjörnungs, samanstendur af einum samfelldum tvöföldum gormi. Líkanið fyrir eftirmyndun DNA bendir til þess að tveir strengir tvöfalda gormsins aðskilist við eftirmyndun og að hvor strengur þjóni sem mót sem nýi samstæði strengurinn er afritaður eftir. Í varðveitna líkaninu um eftirmyndun er foreldra-DNA varðveitt og dóttur-DNA nýmyndað. Hálfvarðveitna líkanið bendir til þess að hvor foreldrastrengur DNA virki sem mót fyrir nýtt DNA; eftir eftirmyndun hefur hver tvíþátta DNA-sameind einn foreldrastreng, eða „gamlan“ streng, og einn „nýjan“ streng. Dreifða líkanið gerði ráð fyrir að tvö afrit DNA hefðu bæði hluta úr foreldra-DNA og nýmynduðu DNA. Tilraun Meselson og Stahl studdi hálfvarðveitna líkanið, þar sem heill eftirmyndaður litningur samanstendur af einum foreldrastreng og einum nýmynduðum DNA-streng.
14.4 Eftirmyndun DNA í dreifkjörnungum
Eftirmyndun í dreifkjörnungum hefst við röð á litningnum sem kallast upphafsstaður eftirmyndunar, staðinn þar sem DNA opnast. Helíkasi opnar tvöfalda DNA-gorminn og það leiðir til myndunar eftirmyndunarkvíslar. Einþátta bindiprótein bindast einþátta DNA nálægt eftirmyndunarkvíslinni til að halda kvíslinni opinni. Prímasi nýmyndar RNA-vísi til að hefja nýmyndun með DNA-pólýmerasa, sem getur aðeins bætt kirnum við 3′ enda áður nýmyndaðs vísisstrengs. Báðir nýju DNA-strengirnir vaxa í sinni 5′ til 3′ stefnu. Annar strengurinn er nýmyndaður samfellt í átt að eftirmyndunarkvíslinni; hann kallast leiðandi strengur. Hinn strengurinn er nýmyndaður í átt frá eftirmyndunarkvíslinni, í stuttum DNA-bútum sem kallast Okazaki-bútar. Sá strengur kallast seinni strengur. Þegar eftirmyndun er lokið er RNA-vísunum skipt út fyrir DNA-kirni og DNA er lokað með DNA-lígasa, sem myndar fosfódíestertengi milli 3′-OH á öðrum endanum og 5′-fosfats á hinum strengnum.
14.5 Eftirmyndun DNA í heilkjörnungum
Eftirmyndun í heilkjörnungum hefst á mörgum upphafsstöðum eftirmyndunar. Ferlið er nokkuð svipað og í dreifkjörnungum. Vísi þarf til að hefja nýmyndun og DNA-pólýmerasi lengir hann síðan með því að bæta kirnum einu af öðru við vaxandi keðjuna. Leiðandi strengurinn er nýmyndaður samfellt en seinni strengurinn er nýmyndaður í stuttum bútum sem kallast Okazaki-bútar. RNA-vísunum er skipt út fyrir DNA-kirni; DNA Okazaki-bútarnir eru tengdir saman í einn samfelldan streng með DNA-lígasa. Endar litninganna skapa vandamál þar sem ekki er hægt að skipta út RNA-vísinum á 5′ endum DNA fyrir DNA og litningurinn styttist smám saman. Telómerasi, ensím með innbyggt RNA-mót, lengir endana með því að afrita RNA-mótið og lengja annan streng litningsins. DNA-pólýmerasi getur síðan fyllt inn í samstæða DNA-strenginn með venjulegum eftirmyndunarensímum. Þannig eru endar litninganna varðir.
14.6 Viðgerðir á DNA
DNA-pólýmerasi getur gert mistök þegar hann bætir við kirnum. Hann leiðréttir DNA með því að prófarkalesa hvern nýbættan basa. Rangir basar eru fjarlægðir og réttur basi settur í staðinn áður en lenging heldur áfram. Flest mistök eru leiðrétt við eftirmyndun, en þegar það gerist ekki er mispörunarviðgerð notuð. Ensím mispörunarviðgerðar þekkja ranglega innbyggðan basa, skera hann úr DNA og setja réttan basa í staðinn. Í annarri gerð viðgerðar, kirnisútskurðarviðgerð, er skemmdur basi fjarlægður ásamt nokkrum bösum við 5′ og 3′ enda hans og nýir basar eru settir í staðinn með því að afrita mótið með hjálp DNA-pólýmerasa. Endar nýmyndaða bútsins eru festir við afganginn af DNA með DNA-lígasa, sem myndar fosfódíestertengi.
Flest mistök eru leiðrétt og ef þau eru ekki leiðrétt geta þau leitt til stökkbreytingar, sem er skilgreind sem varanleg breyting á DNA-röðinni. Stökkbreytingar geta verið af mörgum gerðum, svo sem útskipti, úrfelling, innskot og útvíkkanir þríkirnaendurtekninga. Stökkbreytingar í viðgerðargenum geta haft alvarlegar afleiðingar, svo sem krabbamein. Stökkbreytingar geta verið framkallaðar eða orðið sjálfsprottnar.