Nukleinsyrer er vigtige makromolekyler i livets kontinuitet. De bærer cellens genetiske blueprint og bærer instruktioner for cellens funktion. De to hovedtyper af nukleinsyrer er desoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA). DNA er det genetiske materiale, der findes i alle levende organismer, lige fra encellede bakterier til flercellede pattedyr. Den anden type nukleinsyre, RNA, er hovedsagelig involveret i proteinsyntesen. DNA-molekylerne forlader aldrig kernen, men bruger i stedet et RNA-mellemled til at kommunikere med resten af cellen. Andre typer RNA er også involveret i proteinsyntesen og dens regulering. Vi vil gå mere i detaljer om nukleinsyrer i et senere afsnit.
DNA og RNA består af monomerer kendt som nukleotider, der er forbundet med hinanden i en kæde med kovalente bindinger. Hvert nukleotid består af tre komponenter: en nitrogenbase, et sukkerstof med fem kulstofatomer og en fosfatgruppe (figur 1). Den nitrogenholdige base i en nukleotid er knyttet til sukkermolekylet, som er knyttet til fosfatgruppen.
Stickstofbaserne, som er vigtige komponenter i nukleotider, er organiske molekyler og har fået dette navn, fordi de indeholder kulstof og kvælstof. De er baser, fordi de indeholder en aminogruppe, der har mulighed for at binde et ekstra hydrogen og dermed nedsætter hydrogenionkoncentrationen i omgivelserne, hvilket gør dem mere basiske. Hver nukleotid i DNA indeholder en af fire mulige nitrogenbaser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T). RNA indeholder basen uracil (U) i stedet for thymin. Rækkefølgen af baserne i en nukleinsyre er afgørende for den information, som DNA- eller RNA-molekylet bærer. Det skyldes, at rækkefølgen af baserne i et DNA-gen bestemmer den rækkefølge, i hvilken aminosyrerne bliver sat sammen til et protein.
Den pentose sukker i DNA er deoxyribose, og i RNA er sukkeret ribose (figur 1). Forskellen mellem sukkerstofferne er tilstedeværelsen af en hydroxylgruppe på det andet kulstof i ribose og hydrogen på det andet kulstof i deoxyribose. Kulstofatomerne i sukkermolekylet er nummereret som 1′, 2′, 3′, 4′ og 5′ (1′ betyder “et primtal”). Phosphatresten er knyttet til hydroxylgruppen på 5′-kulstoffet i det ene sukkerstof og hydroxylgruppen på 3′-kulstoffet i sukkeret i det næste nukleotid, hvorved der dannes en 5′-3′-fosfodiesterbinding (en særlig type kovalent binding). Et polynukleotid kan have tusindvis af sådanne fosfodiesterbindinger.
DNA har en dobbelthelikal struktur (figur 2). Det består af to strenge, eller kæder, af nukleotider. DNA’s dobbelthelix sammenlignes ofte med en snoet stige. Strengene (de ydre dele af stigen) er dannet ved at forbinde fosfaterne og sukkerstofferne i de tilstødende nukleotider med stærke kemiske bindinger, kaldet kovalente bindinger. Trinene på den snoede stige består af de to baser, der er knyttet sammen med en svag kemisk binding, kaldet en hydrogenbinding. To baser, der er hydrogenbundet til hinanden, kaldes et basepar. Stigen snor sig i længden, deraf betegnelsen “double helix”, som betyder en dobbeltspiral.
De skiftende sukker- og fosfatgrupper ligger på ydersiden af hver streng og danner DNA’s rygrad. De nitrogenholdige baser er stablet i det indre, som trinene på en trappe, og disse baser danner par; parrene er bundet til hinanden ved hjælp af hydrogenbindinger. Baserne danner par på en sådan måde, at afstanden mellem de to strenders rygsøjler er den samme hele vejen gennem molekylet.
I et DNA-molekyle danner adenin (A) altid par med thymin (T), og cytosin (C) danner altid par med guanin (G). Det betyder, at sekvensen af den ene streng i DNA-dobbeltspiralen altid kan bruges til at bestemme den anden streng.
Hvordan bestemmer nukleinsyrernes struktur deres funktion?
Den vigtigste funktion for både DNA og RNA er at lagre og bære genetisk information. Den specifikke rækkefølge af nukleotider i DNA- eller RNA-molekylet er det, der bestemmer den genetiske information, som det bærer. Man kan tænke på det som bogstaver i en bog – hvis rækkefølgen af bogstaverne blev ændret, ville bogen ikke længere indeholde de samme (eller korrekte) oplysninger.