DNA:s sekundära struktur
DNA:s tredimensionella struktur var föremål för ett intensivt forskningsarbete i slutet av 1940-talet och början av 1950-talet. Det inledande arbetet visade att polymeren hade en regelbunden repetitiv struktur. År 1950 visade Erwin Chargaff vid Columbia University att den molära mängden adenin (A) i DNA alltid var lika stor som mängden tymin (T). På samma sätt visade han att den molära mängden guanin (G) var densamma som mängden cytosin (C). Chargaff drog inga slutsatser av sitt arbete, men det gjorde andra snart.
På Cambridge University 1953 meddelade James D. Watson och Francis Crick att de hade en modell för DNA:s sekundärstruktur. Med hjälp av informationen från Chargaffs experiment (och andra experiment) och data från Rosalind Franklins röntgenstudier (som omfattade sofistikerad kemi, fysik och matematik) arbetade Watson och Crick med modeller som inte var olik ett barns byggsats och drog till slut slutsatsen att DNA består av två nukleinsyrakedjor som löper antiparallel till varandra – det vill säga sida vid sida med den ena kedjans 5′-ändan bredvid den andra kedjans 3′-ändan. Dessutom, som deras modell visade, är de två kedjorna tvinnade så att de bildar en dubbelspiral – en struktur som kan jämföras med en spiraltrappa, där fosfat- och sockergrupperna (nukleinsyrepolymerens ryggrad) utgör trappans ytterkanter. Purin- och pyrimidinbaserna är vända mot helixens insida, med guanin alltid mittemot cytosin och adenin alltid mittemot tymin. Dessa specifika baspar, som kallas komplementära baser, är stegen, eller trappsteg, i vår trappanalogi (figur \(\PageIndex{2}\)).
Den struktur som föreslogs av Watson och Crick gav ledtrådar till de mekanismer genom vilka celler kan dela sig i två identiska, fungerande dotterceller, hur genetiska data förs vidare till nya generationer och till och med hur proteiner byggs upp enligt nödvändiga specifikationer. Alla dessa förmågor är beroende av parning av komplementära baser. Figur \(\PageIndex{3}\) visar de två uppsättningarna baspar och illustrerar två saker. För det första är ett pyrimidin parat med ett purin i varje fall, så att de långa måtten för båda paren är identiska (1,08 nm).
Om två pyrimidiner parades ihop eller två puriner parades ihop skulle de två pyrimidinerna ta mindre plats än en purin och en pyrimidin, och de två purinerna skulle ta mer plats, vilket illustreras i figur \(\PageIndex{4}\). Om dessa parningar någonsin skulle inträffa skulle DNA:s struktur likna en trappa gjord av trappor av olika bredd. För att de två strängarna i dubbelhelixen ska passa in ordentligt måste en pyrimidin alltid paras ihop med en purin. Det andra du bör lägga märke till i figur \(\PageIndex{3}\) är att den korrekta parningen gör det möjligt att bilda tre fall av vätebindning mellan guanin och cytosin och två mellan adenin och tymin. Det additiva bidraget från denna vätebindning ger DNA:s dubbelspiral stor stabilitet.
