Secondary Structure of DNA
De driedimensionale structuur van DNA was het onderwerp van een intensieve onderzoeksinspanning aan het eind van de jaren veertig tot het begin van de jaren vijftig. Uit het eerste werk bleek dat het polymeer een regelmatige herhalende structuur had. In 1950 toonde Erwin Chargaff van de Columbia Universiteit aan dat de molaire hoeveelheid adenine (A) in DNA altijd gelijk was aan die van thymine (T). Evenzo toonde hij aan dat de molaire hoeveelheid guanine (G) gelijk was aan die van cytosine (C). Chargaff trok geen conclusies uit zijn werk, maar anderen deden dat al snel wel.
Aan de universiteit van Cambridge maakten James D. Watson en Francis Crick in 1953 bekend dat zij een model hadden voor de secundaire structuur van DNA. Met behulp van de informatie uit de experimenten van Chargaff (en andere experimenten) en gegevens uit de röntgenstudies van Rosalind Franklin (waarbij verfijnde scheikunde, natuurkunde en wiskunde aan te pas kwamen), werkten Watson en Crick met modellen die niet veel leken op een bouwpakket voor kinderen en kwamen zij uiteindelijk tot de conclusie dat DNA bestaat uit twee nucleïnezuurketens die antiparallel aan elkaar lopen – dat wil zeggen, zij aan zij met het 5′ uiteinde van de ene keten naast het 3′ uiteinde van de andere. Bovendien, zoals hun model liet zien, zijn de twee ketens gedraaid om een dubbele helix te vormen-een structuur die kan worden vergeleken met een wenteltrap, waarbij de fosfaat- en suikergroepen (de ruggengraat van het nucleïnezuurpolymeer) de buitenste randen van de trap vormen. De purine- en pyrimidinebasen zijn naar de binnenkant van de helix gericht, met guanine altijd tegenover cytosine en adenine altijd tegenover thymine. Deze specifieke basenparen, complementaire basen genoemd, zijn de treden in onze trap-analogie (figuur).
De door Watson en Crick voorgestelde structuur verschafte aanwijzingen voor de mechanismen waardoor cellen in staat zijn zich te delen in twee identieke, goed functionerende dochtercellen; hoe genetische gegevens worden doorgegeven aan nieuwe generaties; en zelfs hoe eiwitten worden gebouwd volgens de vereiste specificaties. Al deze vermogens zijn afhankelijk van het paren van complementaire basen. Figuur toont de twee sets van basenparen en illustreert twee dingen. Ten eerste is in beide gevallen een pyrimidine gekoppeld aan een purine, zodat de lange afmetingen van beide paren identiek zijn (1,08 nm).
Als twee pyrimidines aan elkaar zouden worden gekoppeld of twee purines aan elkaar, zouden de twee pyrimidines minder ruimte innemen dan een purine en een pyrimidine, en de twee purines zouden meer ruimte innemen, zoals geïllustreerd in figuur \(\PageIndex{4}). Als deze paren ooit zouden voorkomen, zou de structuur van DNA eruit zien als een trap met trappen van verschillende breedte. Om de twee strengen van de dubbele helix netjes in elkaar te laten passen, moet een pyrimidine altijd gepaard worden met een purine. Het tweede dat opvalt in figuur is dat de juiste paring drie waterstofbruggen mogelijk maakt tussen guanine en cytosine en twee tussen adenine en thymine. De additieve bijdrage van deze waterstofbruggen geeft een grote stabiliteit aan de dubbele helix van DNA.
