Förstå den dubbla helixstrukturen för DNA

I biologi är "dubbel spiral" ett begrepp som används för att beskriva DNA-strukturen. En dubbel spiral av DNA består av två spiralkedjor av deoxiribonukleinsyra. Formen liknar en spiraltrappa. DNA är en nukleinsyra som består av kvävebaser (adenin, cytosin, guanin och tymin), ett femkolsocker (deoxiribos) och fosfatmolekyler. Nukleotidbaserna av DNA representerar trappstegen i trappuppgången, och deoxiribos- och fosfatmolekylerna bildar trappans sidor.

Varför tvinnas DNA?

DNA rullas in i kromosomer och packas tätt i våra cellkärnor. Den vridande aspekten av DNA är ett resultat av interaktioner mellan molekylerna som utgör DNA och vatten. De kvävehaltiga baserna som innefattar stegen i den tvinnade trappan hålls samman av vätebindningar. Adenin är bundet med tymin (A-T) och guaninpar med cytosin (G-C). Dessa kvävebaser är hydrofoba, vilket betyder att de saknar affinitet för vatten. Eftersom cellcytoplasma och cytosol innehåller vattenbaserade vätskor, vill kvävebaserna undvika kontakt med cellvätskor. Socker- och fosfatmolekylerna som utgör sockerfosfatryggraden i molekylen är hydrofila, vilket innebär att de är vattenälskande och har en affinitet för vatten.

DNA är arrangerat så att fosfat och sockerryggraden är på utsidan och i kontakt med vätska, medan kvävebaserna är i den inre delen av molekylen. För att ytterligare förhindra att kvävehaltiga baser kommer i kontakt med cellvätska vrids molekylen för att minska utrymmet mellan kvävebaserna och fosfat- och sockersträngarna. Det faktum att de två DNA-strängarna som bildar den dubbla spiralen är anti-parallella hjälper också att vrida molekylen. Anti-parallell innebär att DNA-strängarna kör i motsatta riktningar, vilket säkerställer att strängarna sitter tätt ihop. Detta minskar risken för vätska att sippra mellan baserna.

DNA-replikering och proteinsyntes

Den dubbla helixformen möjliggör DNA-replikering och proteinsyntes. I dessa processer lossnar det tvinnade DNA: t och öppnas för att tillåta en kopia av DNA: t. Vid DNA-replikering avrullas den dubbla spiralen och varje separerad sträng används för att syntetisera en ny tråd. När de nya trådarna bildas, kopplas baserna ihop tills två DNA-molekyler med dubbel spiral bildas från en enda DNA-molekyl med dubbel spiral. DNA-replikation krävs för att processerna med mitos och meios ska kunna uppstå.

Vid proteinsyntes transkriberas DNA-molekylen för att producera en RNA-version av DNA-koden som kallas messenger RNA (mRNA). Messenger-RNA-molekylen översätts sedan till att producera proteiner. För att DNA-transkription ska äga rum måste den dubbla DNA-spiralen avlindas och låta ett enzym som kallas RNA-polymeras transkribera DNA. RNA är också en nukleinsyra men innehåller bas-uracil istället för tymin. Vid transkription bildar guaninpar med cytosin och adeninpar med uracil för att bilda RNA-transkriptet. Efter transkriptionen stängs DNA och vrider tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd.

DNA-strukturupptäckt

Dr. Francis Crick och dr. James Watson på ett symposium för molekylärbiologi. Ted Spiegel / medarbetare / Getty Images

James Watson och Francis Crick har fått ett Nobelpris för deras arbete. Fastställandet av DNA-strukturen baserades delvis på arbetet från många andra forskare, inklusive Rosalind Franklin. Franklin och Maurice Wilkins använde röntgendiffraktion för att fastställa ledtrådar om DNA-strukturen. Röntgendiffraktionsfoto av DNA taget av Franklin, benämnt "fotografi 51", visade att DNA-kristaller bildar en X-form på röntgenfilm. Molekyler med spiralform har denna typ av X-formmönster. Med hjälp av bevis från Franklins röntgendiffraktionsstudie reviderade Watson och Crick sin tidigare föreslagna trippel-helix-DNA-modell till en dubbel-helix-modell för DNA.

Bevis som upptäckts av biokemisten Erwin Chargoff hjälpte Watson och Crick att upptäcka basparning i DNA. Chargoff demonstrerade att koncentrationerna av adenin i DNA är lika med tymin och koncentrationerna av cytosin är lika med guanin. Med denna information kunde Watson och Crick fastställa att bindningen av adenin till tymin (A-T) och cytosin till guanin (C-G) bildar stegen i den tvinnade trappformen av DNA. Sockerfosfatryggraden utgör trappans sidor.

_Källa:

• _{"Upptäckten av molekylstrukturen hos DNA-den dubbla helixen." Nobelprize.org, Nobel Media AB, 2014, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.}