Trojrozměrná struktura DNA
Trojrozměrná struktura DNA byla na přelomu 40. a 50. let 20. století předmětem intenzivního výzkumu. Počáteční práce odhalily, že polymer má pravidelnou opakující se strukturu. V roce 1950 Erwin Chargaff z Kolumbijské univerzity ukázal, že molární množství adeninu (A) v DNA se vždy rovná molárnímu množství thyminu (T). Podobně ukázal, že molární množství guaninu (G) je stejné jako molární množství cytosinu (C). Chargaff ze své práce nevyvodil žádné závěry, ale brzy je vyvodili jiní.
V roce 1953 oznámili James D. Watson a Francis Crick na univerzitě v Cambridge, že mají model sekundární struktury DNA. Na základě informací z Chargaffových experimentů (a dalších experimentů) a údajů z rentgenových studií Rosalindy Franklinové (které zahrnovaly složitou chemii, fyziku a matematiku) pracovali Watson a Crick s modely, které nebyly nepodobné dětské stavebnici, a nakonec dospěli k závěru, že DNA se skládá ze dvou řetězců nukleových kyselin probíhajících antiparalelně vedle sebe – to znamená vedle sebe s 5′ koncem jednoho řetězce vedle 3′ konce druhého. Navíc, jak ukázal jejich model, jsou oba řetězce stočeny tak, že tvoří dvojitou šroubovici – strukturu, kterou lze přirovnat ke spirálovitým schodům, přičemž fosfátové a cukerné skupiny (páteř polymeru nukleové kyseliny) představují vnější hrany schodů. Purinové a pyrimidinové báze směřují dovnitř šroubovice, přičemž guanin je vždy naproti cytosinu a adenin vždy naproti tyminu. Tyto specifické páry bází, označované jako komplementární báze, představují v naší analogii schodiště stupně neboli nášlapy (obrázek \(\PageIndex{2}\)).
Struktura navržená Watsonem a Crickem poskytla vodítko k mechanismům, díky nimž se buňky mohou dělit na dvě identické, funkční dceřiné buňky; jak jsou genetická data předávána novým generacím; a dokonce jak jsou vytvářeny proteiny podle požadovaných specifikací. Všechny tyto schopnosti závisí na párování komplementárních bází. Obrázek \(\PageIndex{3}\) ukazuje dvě sady párů bází a ilustruje dvě věci. Za prvé, pyrimidin je v každém případě spárován s purinem, takže dlouhé rozměry obou párů jsou totožné (1,08 nm).
Pokud by byly spárovány dva pyrimidiny nebo dva puriny, dva pyrimidiny by zabíraly méně místa než purin a pyrimidin a dva puriny by zabíraly více místa, jak je znázorněno na obrázku \(\PageIndex{4}\). Pokud by k těmto dvojicím někdy došlo, struktura DNA by se podobala schodišti tvořenému různě širokými schody. Aby do sebe obě vlákna dvojité šroubovice úhledně zapadala, musí být pyrimidin vždy spárován s purinem. Druhá věc, které byste si měli na obrázku \(\PageIndex{3}\) všimnout, je, že správné párování umožňuje vznik tří případů vodíkové vazby mezi guaninem a cytosinem a dvou mezi adeninem a thyminem. Aditivní příspěvek této vodíkové vazby propůjčuje dvojité šroubovici DNA velkou stabilitu.
.