Deoksiribonukleiinihappo (DNA)
Biologiset rakenteet
Luonnossa esiintyvät DNA-molekyylit voivat olla pyöreitä tai lineaarisia. Yksisoluisten bakteerien ja arkeoiden (prokaryootit) genomit sekä mitokondrioiden ja kloroplastien (tietyt toiminnalliset rakenteet solun sisällä) genomit ovat pyöreitä molekyylejä. Lisäksi joillakin bakteereilla ja arkeologeilla on pienempiä ympyränmuotoisia DNA-molekyylejä, joita kutsutaan plasmideiksi ja jotka tyypillisesti sisältävät vain muutamia geenejä. Monet plasmidit siirtyvät helposti solusta toiseen. Tyypillisen bakteerin genomi, joka koodaa kaikki organismin geenit, on yksi yhtenäinen pyöreä molekyyli, joka sisältää puolesta miljoonasta viiteen miljoonaan emäsparia. Useimpien eukaryoottien ja joidenkin prokaryoottien genomit sisältävät lineaarisia DNA-molekyylejä, joita kutsutaan kromosomeiksi. Esimerkiksi ihmisen DNA koostuu 23 parista lineaarisia kromosomeja, jotka sisältävät kolme miljardia emäsparia.
Kaikissa soluissa DNA ei ole vapaana liuoksessa vaan pikemminkin proteiineilla päällystettynä kompleksina, jota kutsutaan kromatiiniksi. Prokaryooteissa DNA:n päällä oleva löysä proteiinikerros auttaa suojaamaan fosfodiesterirungon negatiivista varausta. Kromatiini sisältää myös proteiineja, jotka ohjaavat geenien ilmentymistä ja määrittävät kromosomien ominaismuodon. Eukaryooteissa 140-200 emäsparin pituinen DNA:n osa kiertyy kahdeksan positiivisesti varautuneen histoniksi kutsutun proteiinin muodostaman erillisen joukon ympärille muodostaen nukleosomiksi kutsutun pallomaisen rakenteen. Lisää histoneja kietoutuu peräkkäisten DNA-jaksojen ympärille, jolloin muodostuu sarja nukleosomeja kuin helmiä narussa. DNA:n transkriptio ja replikaatio on eukaryooteissa monimutkaisempaa, koska nukleosomikompleksien on oltava ainakin osittain purettuja, jotta prosessit etenisivät tehokkaasti.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Useimmissa prokaryoottien viruksissa on lineaarisia genomeja, jotka ovat tyypillisesti paljon lyhyempiä ja sisältävät vain viruksen leviämiseen tarvittavat geenit. Bakteerivirukset, joita kutsutaan bakteriofageiksi (tai faageiksi), voivat sisältää sekä lineaarista että pyöreää DNA:ta. Esimerkiksi Escherichia coli -bakteeria infektoivan bakteriofagi λ:n (lambda) genomi sisältää 48 502 emäsparia, ja se voi olla lineaarisena molekyylinä, joka on pakattu proteiinikatteeseen. Faagi λ:n DNA voi olla myös pyöreässä muodossa (kuten kohdassa Paikkasidonnainen rekombinaatio on kuvattu), joka pystyy integroitumaan isäntäbakteerisolun pyöreään genomiin. Sekä pyöreitä että lineaarisia genomeja esiintyy eukaryoottiviruksissa, mutta ne käyttävät geneettisenä materiaalina yleisemmin RNA:ta.