DNA’s sekundære struktur
Den tredimensionelle struktur af DNA var genstand for en intensiv forskningsindsats i slutningen af 1940’erne til begyndelsen af 1950’erne. Det indledende arbejde afslørede, at polymeren havde en regelmæssig gentagelsesstruktur. I 1950 viste Erwin Chargaff fra Columbia University, at den molare mængde adenin (A) i DNA altid var lig med den molare mængde thymin (T). På samme måde viste han, at den molare mængde guanin (G) var den samme som mængden af cytosin (C). Chargaff drog ingen konklusioner af sit arbejde, men det gjorde andre snart.
På Cambridge University i 1953 meddelte James D. Watson og Francis Crick, at de havde en model for DNA’s sekundære struktur. Ved hjælp af oplysningerne fra Chargaffs eksperimenter (samt andre eksperimenter) og data fra Rosalind Franklins røntgenundersøgelser (som involverede sofistikeret kemi, fysik og matematik) arbejdede Watson og Crick med modeller, der ikke var ulig et børnesæt og konkluderede til sidst, at DNA består af to nukleinsyrekæder, der løber antiparallelt til hinanden – dvs. side om side med 5′-enden af den ene kæde ved siden af 3′-enden af den anden. Desuden er de to kæder, som deres model viste, snoet sammen til en dobbeltspiral – en struktur, der kan sammenlignes med en vindeltrappe, hvor fosfat- og sukkergrupperne (nukleinsyrepolymerens rygrad) udgør trappens yderkanter. Purin- og pyrimidinbaserne står på indersiden af helixen, idet guanin altid står over for cytosin og adenin altid står over for thymin. Disse specifikke basepar, der kaldes komplementære baser, er trinene eller trappetrinene i vores trappeanalogi (Figur \(\PageIndex{2}\)).
Den struktur, som Watson og Crick foreslog, gav ledetråde til de mekanismer, hvormed celler er i stand til at dele sig i to identiske, velfungerende datterceller, hvordan genetiske data videregives til nye generationer, og endda hvordan proteiner opbygges efter de krævede specifikationer. Alle disse evner afhænger af parring af komplementære baser. Figur \(\PageIndex{3}\) viser de to sæt basepar og illustrerer to ting. For det første er et pyrimidin parret med et purin i hvert tilfælde, så de to pars lange dimensioner er identiske (1,08 nm).
Hvis to pyrimidiner blev parret eller to puriner blev parret, ville de to pyrimidiner fylde mindre end et purin og et pyrimidin, og de to puriner ville fylde mere, som illustreret i figur \(\PageIndex{4}\). Hvis disse pardannelser nogensinde skulle forekomme, ville DNA’s struktur ligne en trappe med trapper af forskellig bredde. For at de to strenge i dobbelthelixen kan passe fint sammen, skal et pyrimidin altid være parret med et purin. Den anden ting, du bør bemærke i figur \(\PageIndex{3}\), er, at den korrekte parring muliggør dannelsen af tre tilfælde af hydrogenbinding mellem guanin og cytosin og to mellem adenin og thymin. Det additive bidrag fra denne hydrogenbinding giver DNA-dobbeltspiralen stor stabilitet.
