DNA:n sekundaarirakenne
DNA:n kolmiulotteinen rakenne oli intensiivisen tutkimustyön kohteena 1940-luvun lopulla ja 1950-luvun alussa. Ensimmäiset työt paljastivat, että polymeerillä oli säännöllinen toistuva rakenne. Vuonna 1950 Erwin Chargaff Columbian yliopistosta osoitti, että adeniinin (A) moolimäärä DNA:ssa oli aina yhtä suuri kuin tymiinin (T). Samoin hän osoitti, että guaniinin (G) moolimäärä oli sama kuin sytosiinin (C). Chargaff ei tehnyt työstään johtopäätöksiä, mutta muut tekivät pian johtopäätöksiä.
Cambridgen yliopistossa vuonna 1953 James D. Watson ja Francis Crick ilmoittivat, että heillä oli malli DNA:n sekundaarirakenteesta. Käyttäen Chargaffin kokeista (sekä muista kokeista) saatuja tietoja ja Rosalind Franklinin röntgentutkimuksista saatuja tietoja (jotka sisälsivät kehittynyttä kemiaa, fysiikkaa ja matematiikkaa) Watson ja Crick työskentelivät malleilla, jotka eivät muistuttaneet lasten rakennussarjaa, ja päättelivät lopulta, että DNA koostuu kahdesta nukleiinihappoketjusta, jotka kulkevat antiparalleelisesti toisiinsa nähden – eli vierekkäin niin, että ketjun 5′-pää on toisen ketjun 5′-päässä toisen ketjun 3′-pään vieressä. Lisäksi, kuten heidän mallinsa osoitti, nämä kaksi ketjua ovat kiertyneet muodostaen kaksoiskierteen – rakenteen, jota voidaan verrata kierreportaaseen, jossa fosfaatti- ja sokeriryhmät (nukleiinihappopolymeerin selkäranka) edustavat portaikon ulkoreunoja. Puriini- ja pyrimidiiniemäkset ovat kierteen sisäpuolella, ja guaniini on aina sytosiinia vastapäätä ja adeniini tymiiniä vastapäätä. Nämä erityiset emäsparit, joita kutsutaan komplementaarisiksi emäksiksi, ovat portaikkoanalogiassamme (kuva \(\PageIndex{2}\)) portaat eli askelmat (kuva \(\PageIndex{2}\)).
Watsonin ja Crickin ehdottama rakenne antoi vihjeitä mekanismeihin, joiden avulla solut pystyvät jakautumaan kahdeksi identtiseksi, toimivaksi tytärsoluksi; miten geneettiset tiedot siirtyvät uusille sukupolville; ja jopa siihen, miten proteiinit rakentuvat vaadittujen eritelmien mukaisesti. Kaikki nämä kyvyt riippuvat toisiaan täydentävien emästen parittelusta. Kuvassa \(\PageIndex{3}\) on kaksi emäsparien sarjaa ja se havainnollistaa kahta asiaa. Ensinnäkin pyrimidiini on kummassakin tapauksessa yhdistetty puriiniin, joten molempien parien pitkät mitat ovat identtiset (1,08 nm).
Jos kaksi pyrimidiiniä olisi parina tai kaksi puriinia parina, kaksi pyrimidiiniä veisi vähemmän tilaa kuin puriini ja pyrimidiini, ja kaksi puriinia veisi enemmän tilaa, kuten kuvassa \(\PageIndex{4}\) on esitetty. Jos nämä pariliitokset joskus tapahtuisivat, DNA:n rakenne muistuttaisi erilevyisistä portaista tehtyjä portaita. Jotta kaksoiskierteen kaksi säiettä mahtuisivat siististi yhteen, pyrimidiinin on aina muodostettava pari puriinin kanssa. Toinen asia, joka sinun pitäisi huomata kuvassa \(\PageIndex{3}\), on se, että oikean parin muodostaminen mahdollistaa kolmen tapauksen vetysidoksen muodostumisen guaniinin ja sytosiinin välille ja kahden tapauksen muodostumisen adeniinin ja tymiinin välille. Tämän vetysidoksen additiivinen osuus antaa DNA:n kaksoiskierteelle suuren vakauden.
.