Тъй като Джеймс Уотсън и Франсис Крик разкриха структура на ДНК, той е приет като молекулата на наследствеността. Преди тяхното откритие научната общност запази известен скептицизъм, че ДНК е на ниво, защото ролята на ДНК е четирикратна и изглеждаше твърде проста молекула, за да изпълнява тези четири необходими функции: репликация, кодиране, управление на клетки и способността да мутира.
Уникалната структура на ДНК позволява да изпълнява всички тези функции.
Изграждащите блокове на ДНК
ДНК е съкращение от дезоксирибонуклеинова киселина. Състои се от четири азотни основи, съкратено A, C, G и T. Тези основи образуват две нишки и се свързват заедно в двойна спирала.
A винаги се свързва с T в едната верига, а C винаги се свързва с G в другата, която се нарича допълващо сдвояване на основата правило.
Репликация
Една от целите на ДНК е да се репликира. Това означава, че нишка ДНК прави копие на себе си. Това се случва по време на клетъчното делене и това е начинът, по който ДНК предава наследени черти на следващия набор от клетки.
По време на ДНК репликация, двойната спирала се отвива, образувайки две единични нишки. Когато двете вериги на ДНК са разделени и нова верига е изградена успешно, тя ще използва модела на съществуващата верига, за да изгради точно копие.
Понякога, поради различни причини, репликацията не дава точно копие. Това се нарича a ДНК мутация. Мутациите са от решаващо значение за еволюцията, тъй като позволяват на организмите да развият адаптации, които могат да им помогнат да оцелеят в променящата се среда.
ДНК мутациите при хората обаче могат да доведат до това родителите да предадат несъзнателно определени генетични състояния на децата си, включително муковисцидоза, болест на Тей-Сакс и сърповидно-клетъчна анемия.
Кодиране
Кодирането е друга функция на ДНК. Работата на всяка клетка се извършва от протеини, така че една от ролите на ДНК е да изгради правилните протеини за всяка клетка. ДНК изпълва тази роля, като съдържа три основни секции - наречени кодони -, които насочват образуването на протеини.
При дълъг участък от ДНК, всеки кодон съдържа информацията, която насочва сглобяването на една аминокиселина върху протеин. Различните кодони съответстват на сглобяването на друга аминокиселина върху протеин, така че цял участък от ДНК с дадена последователност от бази ще изгради специфичен протеин.
Клетъчно управление
В многоклетъчните организми една оплодена клетка, зигота, разделя и дублира много пъти, за да направи цяло живо същество. Всяка клетка има абсолютно един и същ генетичен материал, но различни клетки се развиват по различен начин.
Тоест в процес, наречен клетъчна диференциация някои клетки изграждат правилните протеини, за да станат чернодробни клетки, а други се превръщат в кожни клетки, други клетки на стомаха. Освен това клетките трябва да променят начина си на работа, когато условията се променят. Например, стомашните ви клетки трябва да произвеждат повече храносмилателни хормони и ензими, когато има храна.
ДНК прави това чрез сигнали, които включват и изключват производството на протеини, участващи в храносмилането. Същото се случва, когато клетките се диференцират: сигналите задействат правилните нива на производство на протеини, за да образуват подходящата клетка.
Способността за мутация
Еволюцията е промяната в характеристиките, тъй като се произвеждат поколения организъм. Еволюцията се случва в малки мащаби в организма - като например промени в цвета на кожата или косата при хората - и също в големи мащаби - като създаването на обширния спектър от живот на Земята от ранен едноклетъчен организъм.
Това може да се случи само ако генетичната молекула може да се промени, може да мутира. Тъй като ДНК се репликира, за да направи яйце и сперматозоиди, промените могат да се промъкнат на няколко нива.
Единият начин е чрез промени в една точка, които добавят, изваждат или променят съществуваща последователност. Други промени се случват, когато молекулите на ДНК се пресичат, превключвайки подреждането на гените на всяка от двете кръстосани вериги на ДНК.