Strukturelle stabilitet af DNA Double Helix

Under de betingelser, der findes i celler, vedtager DNA en dobbelt helixstruktur. Selv om der findes flere variationer på denne dobbelte helixstruktur, har de alle de samme grundlæggende snoet stigeform. Denne struktur giver DNA fysiske og kemiske egenskaber, der gør det meget stabilt. Denne stabilitet er vigtig, fordi den forhindrer, at de to DNA-tråde splitter spontant fra hinanden og spiller en vigtig rolle i den måde, DNA kopieres.

Termodynamik

Entropi er en fysisk egenskab analog med lidelse. Den anden lov af termodynamik tyder på, at processer som dannelsen af ​​en dobbelt helix kun vil ske spontant, hvis de resulterer i en nettoforøgelse af entropi (angivet hovedsageligt ved udslip af varme). Jo større stigningen i entropi, der ledsager dannelsen af ​​helixen, desto større frigivelse af varme i molekylets omgivelser og jo mere stabile dobbeltspiralen vil være. Den dobbelte helix er stabil, fordi dens dannelse fører til en stigning i entropi. (I modsætning hertil fører DNA-opbrud til et fald i entropi som angivet ved absorption af varme.)

Nukleotider

DNA-molekylet er fremstillet af mange underenheder knyttet til hinanden i en lang, snoet stigen-lignende kæde. De enkelte underenheder kaldes nukleotider. DNA i celler findes næsten altid i dobbeltstrenget form, hvor to polymerstrenger er koblet sammen til dannelse af et enkelt molekyle. Ved pH (saltkoncentration) og temperaturforhold, der findes i celler, resulterer dannelsen af ​​en dobbelt helix i en nettoforøgelse af entropi. Derfor er den resulterende struktur mere stabil end de to tråde ville være, hvis de forblev adskilte.

Stabiliserende faktorer

Når to tråde af DNA kommer sammen, danner de svage kemiske bindinger kaldet hydrogenbindinger mellem nukleotiderne i de to kæder. Bonddannelse frigiver energi og bidrager dermed til en nettoforøgelse af entropi. Et yderligere entropi boost kommer fra interaktioner mellem nukleotiderne i midten af ​​helixen; disse kaldes basestableringsinteraktioner. De negativt ladede fosfatgrupper i rygraden i DNA-strengene afviser hinanden. Imidlertid overvindes denne destabiliserende interaktion af de gunstige hydrogenbindings- og base-stablingsinteraktioner. Derfor er dobbelt-helixstrukturen stabilere end enkelte tråde: dens dannelse medfører en nettovinst i entropi.

Former af DNA

DNA kan vedtage en af ​​flere forskellige dobbelt-spiralstrukturer: disse er A, B og Z former for DNA. B-formularen, den mest stabile under cellulære betingelser, betragtes som "standard" -formen; Det er det, du typisk ser i illustrationer. A-formularen er en dobbelt helix, men er meget mere komprimeret end B-formularen. Og Z-formen er snoet i modsat retning end B-formularen, og dens struktur er meget mere "strakt ud". A-formularen findes ikke i celler, selv om nogle aktive gener i celler ser ud til at vedtage Z-formularen. Videnskabsmænd forstår endnu ikke fuldt ud, hvilken betydning dette kan have, eller om det har evolutionær betydning