Ihmisen DNA fyysiset mitat

Ihmisen DNA:n fyysiset mitat

DNA:n kaksoiskierteen halkaisija
• Noin 2 nanometriä (nm) eli 2 miljardisosaa metristä.
• Vertailu: jos ihmisen hius on noin 0,1 mm paksu, se on 50 000 kertaa paksumpi kuin DNA.

Kierteen pituus solussa
• Yhden ihmisen solun DNA:ta on yhteensä noin 2 metriä (jos se venytetään suoraksi).
• Tämä on pakattu solun tumaan, jonka halkaisija on vain noin 6 mikrometriä (6 tuhannesosaa millimetristä).

Koko kehon DNA:n pituus
• Ihmisessä on noin 37 biljoonaa solua (3,7 × 10¹³).
• Jos kaikkien solujen DNA vedettäisiin suoraksi ja laitettaisiin peräkkäin, sen kokonaispituus olisi noin 2 × 10¹³ metriä eli 20 miljardia kilometriä.
• Tämä vastaa noin 70–100 kertaa matkaa Auringosta Plutolle ja takaisin.

Kierteen tiheys
• DNA pakkautuu useisiin tasoihin (histoni-proteiinit, kromatiinikuidut, kromosomit).
• Pakkaussuhde on uskomaton: yli 10 000:1, jotta 2 metriä mahtuu mikroskooppiseen tumaan.
⸻

Johtopäätös
DNA ei ole vain koodia vaan myös uskomaton nanorakennelma:
• sen halkaisija on miljardiosia metristä,
• se sisältää valtavat määrät informaatiota,
• ja sen pakkaus on niin tehokas, ettei mikään ihmisen suunnittelema tietojärjestelmä yllä samaan tasoon.
⸻

Lähteet:
• Alberts, B. et al. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. Garland Science, 2015.
• Lodish, H. et al. Molecular Cell Biology. 8th ed. W.H. Freeman, 2016.
• Milo, R. & Phillips, R. Cell Biology by the Numbers. Garland Science, 2015.
⸻
Voiko tällainen järjestelmä syntyä sattumalta?
1) Ennen Darwinia: pitää olla periytyvä kopiointi
Luonnonvalinta voi alkaa vasta, kun on periytyvä, itseään kopioiva järjestelmä. Ennen sitä ei ole “paremmin/huonommin sopeutuneita” yksilöitä, joihin valinta voisi tarttua. Alkupään ongelma on siis: mistä tulevat
• koodattu informaatio (geenit),
• kopiointikoneisto (polymeraasit tms.),
• energiahuolto, kalvo ja kuljetus,
• ja virheiden korjaus — yhtä aikaa.
2) DNA:n info ja virheraja
Informaatio ei ole vain kemiaa, vaan järjestys (sekvenssi). Jos kopioinnin virhetiheys on liian suuri, tieto hajoaa ns. Egenen virhekatastrofiin (error threshold). Karkeasti vaaditaan: per-emäsvirhe μ < 1/L (L = genomin pituus).
• Jo 1 000 nukleotidin genomille pitäisi päästä virheisiin <10⁻³/emäs/kopiointi. Alkeelliset ribotsyymit yltävät laboratoriossa tyypillisesti 10⁻²–10⁻¹, mikä rajaa kopioituvan sekvenssin pituuden hyvin lyhyeksi — ei tarpeeksi pitkää “replikaasigeeniä” itsensä ylläpitämiseen. Tämä on alkuperäongelma, ei kosmeettinen detalji.
3) Kemialliset realiteetit (ei pelkkä filosofia)
• Ribose-sokeri on kemiallisesti epävakaa vedessä; hajoaa helposti. (Benner ym.)
• Polymerisaatio vedessä on termodynaamisesti epäedullista (kondensaatioreaktio → vaatii aktivointia ja katalyytin). (Orgel)
• Homokiraalisuus: biologian aminohapot ovat L ja sokerit D. Sekoitus (racemic) estää heliksin ja proteiinien oikean laskostumisen. (Blackmond)
• 3’–5’-sidosten valikoituminen: nimenomaan tämä linkki on välttämätön, mutta kemiallisesti syntyy myös 2’–5’-sidoksia, jotka rikkovat kopioituvuuden. Nämä eivät ole “pieniä rypäleitä”, vaan kriittisiä ehtoja.