DNA, gener og proteiner: en biologisk forklaring

DNA er opbygget af grundenheder, deoxyribonukleotider (ofte blot kaldet nukleotider), der som perler på en snor er koblet sammen i ofte meget lange kæder. Nukleotiderne består af en sukkerdel, deoxyribose, hvortil der er bundet en fosfatgruppe og en kvælstofholdig cyklisk base. Sukkergrupperne er bundet sammen med fosfatgrupperne, og denne sukker-fosfat-kæde udgør "rygraden" i DNA-strengen. DNA får derved en polaritet, dvs. to kemisk set forskellige ender, sombenævnes 5'- og 3'-enden. Der findes fire forskellige slags nukleotider i DNA afhængigt af, om den cykliske base er adenin (A), guanin (G), thymin (T) eller cytosin (C). Arveinformationen er givet ved rækkefølgen af disse nukleotider, kaldet DNA-sekvensen.Med undtagelse af nogle få virus, hvis arvemasse består af enkeltstrenget DNA (ssDNA), forekommer DNA som dobbeltstrenget DNA (dsDNA) i naturen. I Watson og Cricks model snor de to DNA-strenge sig om en fælles akse i en højredrejet dobbeltspiral-struktur (dobbelthelix), kun holdt sammen af relativt svage hydrogenbindinger mellem baserne. Parringen af baser i denne dobbeltspiral foregår således, at A altid er bundet til T, og at G altid er bundet til C. Den ene streng er med andre ord komplementær til den anden. Komplementariteteten mellem de to DNA-strenge stemmer smukt overens med den regel, som den amerikanske biokemiker Erwin Chargaff (1905-2002) havde formuleret i 1949 på basis af talrige forsøg. Reglen siger, at selvom forholdet mellem de forskellige nukleotider varierer i DNA fra forskellige arter, så svarer indholdet af A altid nøjagtigt til indholdet af T, og G altid til C. De to DNA-strenge er antiparallelle, dvs. at de løber modsat hinanden, således at en 5'....3' DNA-streng baseparrer med en 3'....5' DNA-streng. Baseparrene er lokaliseret i centrum, og sukker- og fosfatgrupperne snor sig langs ydersiden, således at diameteren af dobbeltspiralen er 2 nm.I den mest almindelige struktur (kaldet B-DNA) er der 10,4 basepar for hver spiralomdrejning, som i alt måler ca. 3,4 nm af spiralens længde. Dobbeltspiralen har to karakteristiske kløfter, der alternerer i overfladestrukturen, en smal kløft, ofte kaldet minor groove, og en bred kløft, kaldet major groove. Selv om baserne i nukleotiderne vender ind mod centrum af dobbeltspiralen og så at sige er skjult i molekylets midte, er det muligt for proteiner at opnå kontakt med baserne gennem de to kløfter i DNA-molekylet. Dette muliggør en samvirken mellem en nukleotidrækkefølge i DNA og forskellige specifikke DNA-bindende proteiner, som genkender denne rækkefølge.