Secondary Structure of DNA
Trójwymiarowa struktura DNA była przedmiotem intensywnych badań w późnych latach czterdziestych do wczesnych pięćdziesiątych. Początkowe prace ujawniły, że polimer miał regularną powtarzającą się strukturę. W 1950 r. Erwin Chargaff z Uniwersytetu Columbia wykazał, że molowa ilość adeniny (A) w DNA była zawsze równa ilości tyminy (T). Podobnie wykazał, że molowa ilość guaniny (G) jest taka sama jak ilość cytozyny (C). Chargaff nie wyciągnął żadnych wniosków ze swojej pracy, ale inni wkrótce to zrobili.
Na Uniwersytecie Cambridge w 1953 r. James D. Watson i Francis Crick ogłosili, że mają model struktury drugorzędowej DNA. Wykorzystując informacje z eksperymentów Chargaffa (jak również z innych eksperymentów) oraz dane z badań rentgenowskich Rosalind Franklin (które wymagały zaawansowanej chemii, fizyki i matematyki), Watson i Crick pracowali z modelami, które nie różniły się od dziecięcego zestawu konstrukcyjnego i w końcu doszli do wniosku, że DNA składa się z dwóch łańcuchów kwasu nukleinowego biegnących antyrównolegle do siebie – to znaczy, obok siebie, z 5′ końcem jednego łańcucha obok 3′ końca drugiego. Ponadto, jak pokazał ich model, te dwa łańcuchy są skręcone, tworząc podwójną helisę – strukturę, którą można porównać do spiralnych schodów, z grupami fosforanowymi i cukrowymi (szkielet polimeru kwasu nukleinowego) reprezentującymi zewnętrzne krawędzie schodów. Zasady purynowe i pirymidynowe zwrócone są do wnętrza spirali, przy czym guanina zawsze znajduje się naprzeciw cytozyny, a adenina zawsze naprzeciw tyminy. Te specyficzne pary zasad, określane jako zasady komplementarne, są stopniami w naszej analogii schodów (Rysunek ®).
Struktura zaproponowana przez Watsona i Cricka dostarczyła wskazówek na temat mechanizmów, dzięki którym komórki są w stanie dzielić się na dwie identyczne, funkcjonujące komórki córki; jak dane genetyczne są przekazywane nowym pokoleniom; a nawet jak białka są budowane zgodnie z wymaganymi specyfikacjami. Wszystkie te zdolności zależą od łączenia w pary komplementarnych zasad. Rysunek przedstawia dwa zestawy par zasad i ilustruje dwie rzeczy. Po pierwsze, pirymidyna jest sparowana z puryną w każdym przypadku, tak że długie wymiary obu par są identyczne (1,08 nm).
Gdyby dwie pirymidyny były sparowane lub dwie puryny były sparowane, dwie pirymidyny zajmowałyby mniej miejsca niż puryna i pirymidyna, a dwie puryny zajmowałyby więcej miejsca, jak pokazano na Rysunku (\PageIndex{4}}). Gdyby takie pary miały kiedykolwiek wystąpić, struktura DNA przypominałaby klatkę schodową zbudowaną ze schodów o różnej szerokości. Aby dwie nici podwójnej helisy dobrze do siebie pasowały, pirymidyna musi być zawsze sparowana z puryną. Drugą rzeczą, którą powinieneś zauważyć na rysunku jest to, że prawidłowe sparowanie umożliwia utworzenie trzech przypadków wiązania wodorowego pomiędzy guaniną i cytozyną oraz dwóch pomiędzy adeniną i tyminą. Dodatkowy wkład tego wiązania wodorowego nadaje podwójnej helisie DNA dużą stabilność.
