Sinds James Watson en Francis Crick de... structuur van DNA, het is geaccepteerd als het molecuul van erfelijkheid. Vóór hun ontdekking behield de wetenschappelijke gemeenschap enige scepsis dat DNA aan het werk was, omdat de rol van DNA viervoudig is en het leek een te eenvoudig molecuul om die vier noodzakelijke functies uit te voeren: replicatie, codering, celbeheer en het vermogen om muteren.
Door de unieke structuur van DNA kan het al deze functies vervullen.
De bouwstenen van DNA
DNA is een afkorting voor deoxyribonucleïnezuur. Het is opgebouwd uit vier stikstofbasen, afgekort A, C, G en T. Die basen vormen twee strengen en binden aan elkaar in een dubbele helixformatie.
A bindt altijd met T in de ene streng, en C bindt altijd met G in de andere, wat de wordt genoemd complementaire basenparing regel.
Replicatie
Een doel van DNA is om te repliceren. Dit betekent dat een DNA-streng een kopie van zichzelf maakt. Het gebeurt tijdens celdeling en het is hoe DNA erfelijke eigenschappen doorgeeft aan de volgende reeks cellen.
Gedurende DNA-replicatie, wikkelt de dubbele helix zichzelf af om twee enkele strengen te vormen. Wanneer de twee DNA-strengen worden gescheiden en een nieuwe streng met succes wordt gebouwd, zal het het patroon van de bestaande streng gebruiken om een exacte kopie te construeren.
Soms, om verschillende redenen, levert replicatie geen exacte kopie op. Dit wordt een DNA-mutatie. Mutaties zijn cruciaal voor evolutie, omdat ze organismen in staat stellen aanpassingen te ontwikkelen die hen kunnen helpen overleven in veranderende omgevingen.
DNA-mutaties bij mensen kunnen er echter ook toe leiden dat ouders onbewust bepaalde genetische aandoeningen doorgeven aan hun kinderen, waaronder cystische fibrose, de ziekte van Tay-Sachs en sikkelcelanemie.
codering
Coderen is een andere functie van DNA. Het werk van elke cel wordt gedaan door eiwitten, dus een van de rollen van DNA is om voor elke cel de juiste eiwitten te bouwen. DNA vervult deze rol door secties met drie basen te bevatten - codons genaamd - die de vorming van eiwitten aansturen.
In een lang stuk DNA bevat elk codon de informatie die de assemblage van één aminozuur op een eiwit leidt. Verschillende codons komen overeen met de assemblage van een ander aminozuur op een eiwit, dus een hele sectie van DNA met een bepaalde volgorde van basen zal een specifiek eiwit bouwen.
Mobiel beheer
In meercellige organismen, een enkele bevruchte cel, een zygote, verdeelt en dupliceert vele malen om een heel levend wezen te maken. Elke cel heeft precies hetzelfde genetische materiaal, maar verschillende cellen ontwikkelen zich op verschillende manieren.
Dat wil zeggen, in een proces genaamd celdifferentiatie sommige cellen bouwen de juiste eiwitten om levercellen te worden, en andere worden huidcellen, andere maagcellen. Bovendien moeten cellen de manier waarop ze werken veranderen als de omstandigheden veranderen. Je maagcellen moeten bijvoorbeeld meer spijsverteringshormonen en enzymen aanmaken als er voedsel aanwezig is.
DNA doet dit door signalen die de productie van eiwitten die betrokken zijn bij de spijsvertering aan- en uitzetten. Hetzelfde gebeurt als cellen differentiëren: signalen triggeren de juiste niveaus van eiwitproductie om de juiste cel te vormen.
Het vermogen om te muteren
Evolutie is de verandering in kenmerken als generaties van een organisme worden geproduceerd. Evolutie vindt plaats op kleine schaal binnen een organisme -- zoals veranderingen in huid- of haarkleur bij mensen -- en ook op grote schaal -- zoals het ontstaan van het enorme scala aan leven op aarde uit een vroege eencellige organisme.
Dat kan alleen als het genetische molecuul kan veranderen, kan muteren. Terwijl DNA repliceert om ei te maken en zaadcellen, kunnen veranderingen op verschillende niveaus binnensluipen.
Eén manier is door middel van wijzigingen op één punt die een bestaande reeks optellen, aftrekken of wijzigen. Andere veranderingen vinden plaats wanneer DNA-moleculen elkaar kruisen, waardoor de rangschikking van genen op elk van de twee gekruiste DNA-strengen verandert.