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DNA ist eine Doppelhelix

DNA besteht aus zwei nebeneinander liegenden Ketten („Strängen“) von Nukleotiden, die verdreht sindin die Form einer Doppelhelix. Die beiden Nukleotidstränge werden durch schwache Assoziationen zwischen den Basen jedes Strangs zusammengehalten und bilden eine Struktur wie eine Wendeltreppe (Abbildung 2-2). Der Rückenknochen jedes Strangs ist ein sich wiederholendes Phosphat-Desoxyribose-Zuckerpolymer. dieZucker-Phosphat-Bindungen in diesem Rückgrat werden Phosphodiesterbindungen genannt. Die Bindung der Phosphodiesterbindungen an die Zuckergruppenist wichtig bei der Beschreibung der Art und Weise, in der eine Nukleotidkette organisiert ist.Beachten Sie, dass die Kohlenstoffe der Zuckergruppen mit 1 ‚bis 5′ nummeriert sind. Ein Teil der Phosphodiesterbindung befindet sich zwischen dem Phosphat und dem 5′-Kohlenstoff der Desoxyribose und der andere zwischen dem Phosphat und dem 3′-Kohlenstoff der Desoxyribose. Daher soll jedes Zucker-Phosphat-Rückgrat eine 5′-zu-3′-Polarität haben, und das Verständnis dieser Polarität ist wichtig, um zu verstehen, wie DNAF seine Rollen erfüllt. Im doppelsträngigen DNA-Molekül sind die beiden Rückgratin entgegengesetzter oder antiparalleler Ausrichtung, wie in Abbildung 2-2 gezeigt. Ein Strang ist 5’→ 3′ orientiert; der andere Strang, obwohl 5′ → 3′, läuft in die entgegengesetzte Richtung, oder, anders betrachtet, ist 3′ → 5‘.

Die Basen sind an den 1′-Kohlenstoff jedes Desoxyribosezuckers im Rückgrat jedes Strangs gebunden. Wechselwirkungen zwischen Basenpaaren, eines aus jedem Strang, haltendie beiden Stränge des DNA-Moleküls zusammen. Die Basen der DNA interagieren nach einer sehr einfachen Regel, nämlich dass es nur zwei Arten von Basenpaaren gibt: A * T und G · C. Die Basen in diesen beiden Basenpaaren sollen sich ergänzen. Dies bedeutet, dass bei jedem „Schritt“ des treppenartigen doppelsträngigen DNA-Moleküls die einzigen Base-zu-Base-Assoziationen, die zwischen den beiden Strängen existieren können, ohne das doppelsträngige Dnamolekül wesentlich zu verzerren, A · T und G · C sind.

Die Assoziation von A mit T und G mit C erfolgt durch Wasserstoffbrückenbindungen.Das Folgende ist ein Beispiel für eine Wasserstoffbindung:

Jedes Wasserstoffatom in der NH2–Gruppe ist leicht positiv (δ +), da das Stickstoffatom dazu neigt, die an der N-H-Bindung beteiligten Elektronen anzuziehen, wodurch das Wasserstoffatom etwas weniger Elektronen aufweist. Das Sauerstoffatom hat sechs ungebundene Elektronen in seiner äußeren Hülle, was es leicht negativ macht (δ−). Eine Wasserstoffbindung bildet sich zwischen einem leichtpositives H und ein leicht negatives Atom — in diesem Beispiel O. Wasserstoffbrückenbindungen sindziemlich schwach (nur etwa 3 Prozent der Stärke einer kovalenten Bindung), aber diesschwäche (wie wir sehen werden) ist wichtig für die Rolle des DNA-Moleküls bei der Vererbung.Eine weitere wichtige chemische Tatsache: Die Wasserstoffbindung ist viel stärker, wenn die beteiligten Atome „aufeinander zeigen“ (dh wenn ihre Bindungen nicht ausgerichtet sind), wie in der Skizze gezeigt.Da das G * C-Paar drei Wasserstoffbrückenbindungen hat, während das A · T-Paar nur zwei hat, würde man voraussagen, dass DNA, die viele G · C-Paare enthält, stabiler ist als DNA, die viele A * T-Paare enthält. In der Tat ist diese Voraussagebestätigt. Hitze bewirkt, dass sich die beiden Stränge der DNA-Doppelhelix trennen (ein Prozess, der als DNA-Schmelzen oder Dnadenaturierung bezeichnet wird); Es kann gezeigt werden, dass DNAs mit höherem G + C-Gehalt höhere Temperaturen erfordern, um sie zu schmelzen.

Obwohl Wasserstoffbrückenbindungen einzeln schwach sind, werden die beiden Stränge des DNAmoleküls relativ stabil zusammengehalten, da es eine enorme Anzahl dieser Bindungen gibt. Es ist wichtig, dass die Stränge assoziiert werdendurch solche schwachen Wechselwirkungen, da sie während der DNAreplikation und während der Transkription in RNA getrennt werden müssen.

Die beiden gepaarten Nukleotidstränge nehmen automatisch eine doppelhelikale Konfiguration an (Abbildung 2-3), hauptsächlich durch Interaktion der Basenpaare. Die Basenpaare, die flach planar sindstrukturen stapeln sich in der Mitte der Doppelhelix übereinander.Das Stapeln (Abbildung 2-3c) trägt zur Stabilität des DNA-Moleküls bei, indem Wassermoleküle aus den Räumen zwischen den Basenpaaren ausgeschlossen werden. Die stabilste Form, die sich aus der Grundstapelung ergibt, isteine Doppelhelix mit zwei verschiedenen Größen von Rillen, die spiralförmig herumlaufen.Dies sind die Hauptnut und die Nebennut, die in dermodelle. Ein einzelner Nukleotidstrang hat keine helikale Struktur; Die helikale Form der DNA hängt vollständig von der Paarung und Stapelung der Basen in antiparallelen Strängen ab.