Hvorfor DNA danner en dobbelt helix:Videnskaben bag dens snoede struktur

Comstock/Comstock/Getty Images

Forestil dig to slanke tråde, hver omkring 3¼ fod lange, bundet sammen af en hydrofob belægning for at danne en enkelt filament. Placer den filament inde i et vandfyldt rør kun et par mikrometer på tværs, og du efterligner det miljø, som menneskeligt DNA optager i en cellekerne.

Inden i en cellekerne er DNA en tæt snoet tråd. Kerner og DNA-længder er forskellige på tværs af arter og celletyper, men en konstant gælder:når strakt fladt, ville en celles DNA være størrelsesordener længere end dens kerne. Det er derfor vigtigt at komprimere molekylet gennem vridning, og kemien forklarer, hvordan denne komprimering opstår.

Kemi

DNA er bygget af tre grundlæggende komponenter:et sukker, en fosfatgruppe og nitrogenholdige baser. Sukkeret og fosfatet danner den ydre rygrad, mens baserne parrer sig mellem dem som trinene på en stige. I det vandige cytoplasma giver dette arrangement mening:Sukkeret og fosfatet er hydrofile, tiltrækker vand, mens baserne er hydrofobe og undgår det.

I stedet for en simpel stige skal du forestille dig et snoet reb. De spiralformede drejninger bringer strengene tættere på, hvilket minimerer afstanden mellem de hydrofobe baser på indersiden. Denne spiralgeometri reducerer vandindtrængning og tillader hver kemisk komponent at optage plads uden sammenstød.

Stabling

Hydrofob tiltrækning er ikke den eneste kemiske drivkraft bag twisten. Komplementær baseparring mellem modsatte strenge forstærkes af en sekundær interaktion kendt som basestabling, som trækker tilstødende baser langs den samme streng sammen. Forskning ved Duke University ved hjælp af syntetiske enkeltbase DNA-molekyler viste, at hver base bidrager med en særskilt stablingsstyrke, der tilsammen former helixen.

Proteiner

Proteiner kan yderligere stramme DNA til supercoils. Enzymer, der letter replikation, introducerer ekstra drejninger, når de skrider frem langs strengen. Desuden har et protein kaldet 13S-kondensin vist sig at fremme supercoiling lige før celledeling, som rapporteret i en 1999 University of California, Berkeley undersøgelse. Igangværende forskning søger at afdække, hvordan sådanne proteiner påvirker dobbelthelixens drejninger.