Mekanismen bag DNA-syntese

Af Dr. Maho Yokoyama, Ph.D.Reviewed by Hannah Simmons, M.Sc.

Kopiering af livets opskrift

DNA, eller deoxyribonukleinsyre, er det biologiske molekyle, som indeholder den information, der er nødvendig for at skabe en levende organisme. Når cellen deler sig og bliver til to, skal DNA’et kopieres, så begge celler indeholder den nødvendige genetiske information. Syntesen eller fremstillingen af nye DNA-strenge i levende celler betegnes som “DNA-replikation”.

DNA-replikation. Image Credit: Designua /

Fremstilling af en ny DNA-streng

DNA findes som en dobbeltspiral, hvor to DNA-strenge er bundet sammen til to helixer. Processen med DNA-replikation begynder, når de to DNA-strenge adskilles. Et enzym kaldet helicase afvikler og adskiller bindingerne mellem de to DNA-strenge, og begge disse adskilte strenge fungerer som skabeloner, hvorfra der laves nyt DNA.

DNA-polymeraser er en gruppe af enzymer, der laver nyt DNA. Men for at dette enzym kan fungere, har det brug for en primer – en kort nukleotidsekvens, som er knyttet til en af de enkelte DNA-strenge. Under DNA-replikationen er primeren normalt en kort sekvens af ribonukleinsyre (RNA), som senere nedbrydes og erstattes af DNA.

Primeren giver en 3′-hydroxylgruppe, som DNA-polymerasen tilføjer DNA’s forløbere, nukleotiderne, på. Når nukleotider tilføjes til 3′-enden af primeren eller den nye DNA-streng, dannes der en binding mellem primerens/det nye DNA’s 3′-hydroxylgruppe og nukleotidets 5′-fosfatgruppe.

Der findes fire typer DNA-nukleotider, som hver især har forskellige nitrogenbaser; adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T). Disse findes altid parvis, A-T og C-G. Dette kaldes “Watson-Crick-baseparring”, og hvis skabelonen har et “A”-nukleotid, vil der således blive tilføjet et “T”-nukleotid til den voksende DNA-streng. Hvis der er tale om et “G”-nukleotid, vil der blive tilføjet et “C”-nukleotid til den voksende streng.

DNA’s retningsbestemthed og hvordan den påvirker DNA-syntese

DNA har retningsbestemthed, idet den ene streng går fra 5′ til 3′ og den anden fra 3′ til 5′. I 5′-3′-strengen er 3′-enden eksponeret under syntesen af nyt DNA. Det betyder, at DNA-polymerase er i stand til at lave nyt DNA i retningen af skabelon-DNA’et.

Men når det drejer sig om 3′-5′-stammen, ville dette dog efterlade 5′-enden eksponeret; hvordan håndterer DNA-polymerase dette? I 3′-5′-strengen laves nyt DNA ved at DNA-polymerasen laver korte 5′-3′-fragmenter, kaldet Okazaki-fragmenter. Derefter forbinder et andet enzym, DNA-ligase, Okazaki-fragmenterne med hinanden for at danne den nye 3′-5′ DNA-streng.

Proof-Reading

I nogle tilfælde sker der fejl, når der tilføjes nukleotider til skabelon-DNA-strengen. Nogle DNA-polymeraser har det, der kaldes “3′-5′ exonukleaseaktivitet”. 3′-5′ exonukleaseaktiviteten, der modarbejder polymerase- eller synteseaktiviteten, skærer nukleotider væk, som ikke passer til skabelonen. Dette giver en korrekturlæsning, så den nye DNA-streng bliver så nøjagtig som muligt.

Hvordan udnyttes dette i molekylærbiologien?

DNA-syntesens egenskaber er blevet anvendt i forskellige molekylærbiologiske teknikker; polymerasekædereaktion (PCR) og DNA-sekventering.

Polymerasekædereaktion

PCR er en teknik, der blev udviklet i 1980’erne til at amplificere en bestemt del af DNA. DNA-printere er designet til at dække det område, der er af interesse. Der bruges varme til at adskille de to DNA-strenge, og temperaturen sænkes derefter for at give primerne mulighed for at binde sig til DNA’et. En varmestabil DNA-polymerase laver derefter nye DNA-strenge, der matcher det pågældende område, ved at tilføje nukleotider til 3′-enden af primerne.

DNA-sekventering

DNA-sekventering er at finde ud af rækkefølgen af de baser (A, C, G, T), der findes i DNA. Sanger-sekventering er en af de tidlige DNA-sekventeringsteknikker, hvor DNA-syntesen standses. Dette er muligt ved at fjerne hydroxylgruppen fra 3′-enden af nukleotiderne, så når disse “dideoxynukleotider” indarbejdes i DNA-strengen, kan DNA-polymerasen ikke tilføje det næste nukleotid. Disse dideoxynukleotider blandes med nukleotider, og der opstår derfor fragmenter af varierende længde. Ved at lade dideoxy-A, dideoxy-C, dideoxy-G og dideoxy-T indgå i separate reaktioner kan det sidste nukleotid i fragmentet bestemmes. Når de er adskilt efter størrelse, kan DNA-sekvensen derefter bestemmes ved at se på, hvad det sidste nukleotid i fragmenterne er i henhold til størrelse.

Selv om moderne DNA-sekventeringsmetoder er automatiserede og mindre besværlige end Sanger-sekventering, er der nogle, som er baseret på Sanger-sekventering; f.eks. kan der tilsættes forskellige fluorescerende farvestoffer til hvert dideoxy-nukleotid, og forskellene kan påvises ved forskellige fluorescensfarver.

Forther Reading

• All DNA Content
• Hvad er DNA?
• DNA-egenskaber
• DNA kemiske modifikationer
• DNA biologiske funktioner

Skrevet af

Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama er forsker og videnskabsskribent. Hun fik sin ph.d. fra University of Bath, UK, efter en afhandling inden for mikrobiologi, hvor hun anvendte funktionel genomik på Staphylococcus aureus . I løbet af sine ph.d.-studier samarbejdede Maho med andre akademikere om flere artikler og offentliggjorde endda nogle af sine egne arbejder i videnskabelige tidsskrifter med peer-review. Hun præsenterede også sit arbejde på akademiske konferencer rundt om i verden.

Sidst opdateret 26. februar 2019

Citationer

Benyt venligst et af følgende formater til at citere denne artikel i dit essay, papir eller rapport:

• APA

  Yokoyama, Maho. (2019, 26. februar). Mekanisme for DNA-syntese. News-Medical. Hentet den 24. marts 2021 fra https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx.

• MLA

  Yokoyama, Maho. “Mekanisme for DNA-syntese”. News-Medical. 24. marts 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx>.

• Chicago

  Yokoyama, Maho. “Mekanisme for DNA-syntese”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx. (besøgt 24. marts 2021).

• Harvard

  Yokoyama, Maho. 2019. Mekanismen for DNA-syntese. News-Medical, set 24. marts 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Mechanism-of-DNA-Synthesis.aspx.