Odkąd James Watson i Francis Crick ujawnili struktura DNA, został przyjęty jako molekuła dziedziczności. Przed ich odkryciem społeczność naukowa zachowała pewien sceptycyzm, że DNA sprostało zadaniu, ponieważ rola DNA jest poczwórna i wydawało się, że cząsteczka jest zbyt prosta, aby spełnić te cztery niezbędne funkcje: replikację, kodowanie, zarządzanie komórką i zdolność do: zmutować.
Unikalna struktura DNA pozwala mu spełniać wszystkie te funkcje.
Bloki konstrukcyjne DNA
DNA jest skrótem od kwasu dezoksyrybonukleinowego. Składa się ona z cztery zasady azotowe, w skrócie A, C, G i T. Te zasady tworzą dwie nici i łączą się w podwójną helisę.
A zawsze wiąże się z T w jednej nici, a C zawsze wiąże się z G w drugiej, co nazywa się komplementarne parowanie baz reguła.
Replikacja
Jednym z celów DNA jest replikacja. Oznacza to, że nić DNA tworzy swoją kopię. Dzieje się to podczas podziału komórkowego i w ten sposób DNA przekazuje odziedziczone cechy następnemu zestawowi komórek.
W trakcie replikacja DNA
Czasami, z różnych powodów, replikacja nie tworzy dokładnej kopii. Jest to określane jako Mutacja DNA. Mutacje mają kluczowe znaczenie dla ewolucji, ponieważ umożliwiają organizmom rozwój adaptacji, które mogą pomóc im przetrwać w zmieniającym się środowisku.
Jednak mutacje DNA u ludzi mogą również prowadzić do tego, że rodzice nieświadomie przekazują swoim dzieciom pewne choroby genetyczne, w tym mukowiscydozę, chorobę Tay-Sachsa i anemię sierpowatą.
Kodowanie
Kodowanie to kolejna funkcja DNA. Praca każdej komórki jest wykonywana przez białka, więc jedną z ról DNA jest budowanie odpowiednich białek dla każdej komórki. DNA pełni tę rolę, zawierając trzyzasadowe sekcje – zwane kodonami – które kierują tworzeniem białek.
W długim odcinku DNA każdy kodon zawiera informację, która kieruje montażem jednego aminokwasu na białku. Różne kodony odpowiadają montażowi innego aminokwasu w białku, więc cały odcinek DNA z daną sekwencją zasad zbuduje specyficzne białko.
Zarządzanie komórkami
W organizmach wielokomórkowych pojedyncza zapłodniona komórka, zygota, dzieli i duplikuje wiele razy, aby stworzyć całą żywą istotę. Każda komórka ma dokładnie ten sam materiał genetyczny, ale różne komórki rozwijają się na różne sposoby.
Oznacza to, że w procesie zwanym różnicowanie komórek niektóre komórki budują odpowiednie białka, aby stać się komórkami wątroby, inne stają się komórkami skóry, inne komórkami żołądka. Ponadto komórki muszą zmieniać sposób działania, gdy zmieniają się warunki. Na przykład komórki żołądka muszą wytwarzać więcej hormonów trawiennych i enzymów, gdy obecne jest pożywienie.
DNA robi to poprzez sygnały, które włączają i wyłączają produkcję białek biorących udział w trawieniu. To samo dzieje się, gdy komórki się różnicują: sygnały wyzwalają odpowiedni poziom produkcji białka, aby utworzyć odpowiednią komórkę.
Zdolność do mutacji
Ewolucja to zmiana cech w miarę powstawania pokoleń organizmu. Ewolucja zachodzi na małą skalę w organizmie – tak jak zmiany w kolorze skóry lub włosów u ludzi – i także na dużą skalę – jak stworzenie ogromnego zakresu życia na Ziemi z wczesnych jednokomórkowych organizm.
To może się zdarzyć tylko wtedy, gdy cząsteczka genetyczna może się zmienić, może mutować. Gdy DNA replikuje się, aby stworzyć jajko i plemnikizmiany mogą wkradać się na kilku poziomach.
Jednym ze sposobów jest wprowadzenie jednopunktowych zmian, które dodają, odejmują lub zmieniają istniejącą sekwencję. Inne zmiany zachodzą, gdy cząsteczki DNA krzyżują się, zmieniając układ genów na każdej z dwóch skrzyżowanych nici DNA.