Nukleinsyror är viktiga makromolekyler för livets kontinuitet. De bär den genetiska blåkopian för en cell och bär instruktioner för cellens funktion. De två huvudtyperna av nukleinsyror är desoxyribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). DNA är det genetiska material som finns i alla levande organismer, från encelliga bakterier till flercelliga däggdjur. Den andra typen av nukleinsyra, RNA, är främst inblandad i proteinsyntesen. DNA-molekylerna lämnar aldrig kärnan utan använder i stället en RNA-intermediär för att kommunicera med resten av cellen. Andra typer av RNA är också inblandade i proteinsyntesen och dess reglering. Vi kommer att gå in mer i detalj på nukleinsyror i ett senare avsnitt.
DNA och RNA består av monomerer, så kallade nukleotider, som är sammankopplade i en kedja med kovalenta bindningar. Varje nukleotid består av tre komponenter: en kvävebas, ett femkolssocker och en fosfatgrupp (figur 1). Kvävebasen i en nukleotid är knuten till sockermolekylen, som är knuten till fosfatgruppen.
Kvävebaserna, som är viktiga komponenter i nukleotider, är organiska molekyler och har fått detta namn eftersom de innehåller kol och kväve. De är baser eftersom de innehåller en aminogrupp som har potential att binda ett extra väte och därmed minskar vätejonkoncentrationen i sin omgivning, vilket gör den mer basisk. Varje nukleotid i DNA innehåller en av fyra möjliga kvävebaser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). RNA innehåller basen uracil (U) i stället för tymin. Ordningen av baserna i en nukleinsyra bestämmer vilken information som DNA- eller RNA-molekylen bär på. Detta beror på att ordningen på baserna i en DNA-gen bestämmer i vilken ordning aminosyrorna kommer att sättas samman till ett protein.
Den pentosiska sockern i DNA är deoxyribose, och i RNA är sockern ribose (figur 1). Skillnaden mellan sockerarterna är att det finns en hydroxylgrupp på det andra kolet i ribose och väte på det andra kolet i deoxyribose. Kolatomerna i sockermolekylen är numrerade som 1′, 2′, 3′, 4′ och 5′ (1′ betyder ”ett primtal”). Fosfatresterna är knutna till hydroxylgruppen på 5′-kolvret i ett socker och hydroxylgruppen på 3′-kolvret i sockret i nästa nukleotid, vilket bildar en 5′-3′-fosfodiesterlänk (en särskild typ av kovalent bindning). En polynukleotid kan ha tusentals sådana fosfodiesterlänkar.
DNA har en dubbelhelikal struktur (figur 2). Det består av två strängar, eller kedjor, av nukleotider. DNA:s dubbelhelix jämförs ofta med en tvinnad stege. Strängarna (stegens yttre delar) bildas genom att fosfater och sockerarter i intilliggande nukleotider kopplas samman med starka kemiska bindningar, så kallade kovalenta bindningar. Stegen i den vridna stegen består av de två baserna som är bundna till varandra med en svag kemisk bindning, en så kallad vätebindning. Två baser som är vätebundna med varandra kallas ett baspar. Stegen vrider sig i sin längd, därav beskrivningen ”double helix”, som betyder en dubbel spiral.
De alternerande socker- och fosfatgrupperna ligger på utsidan av varje sträng och bildar DNA:s ryggrad. Kvävebaserna är staplade på insidan, som trappstegen i en trappa, och dessa baser bildar par; paren är bundna till varandra genom vätebindningar. Baserna parar sig på ett sådant sätt att avståndet mellan ryggraden i de två strängarna är detsamma längs hela molekylen.
I en DNA-molekyl parar sig adenin (A) alltid med tymin (T) och cytosin (C) alltid med guanin (G). Detta innebär att sekvensen för den ena strängen i DNA:s dubbelhelix alltid kan användas för att bestämma den andra strängen.
Hur bestämmer nukleinsyrans struktur dess funktion?
Den viktigaste funktionen för både DNA och RNA är att lagra och bära genetisk information. Den specifika ordningen av nukleotider i DNA- eller RNA-molekylen är det som avgör vilken genetisk information den bär. Man kan tänka på det som bokstäver i en bok – om bokstävernas ordning ändrades skulle boken inte längre innehålla samma (eller korrekt) information.