Inzicht in de Double-Helix-structuur van DNA

In de biologie is "dubbele helix" een term die wordt gebruikt om de structuur van DNA te beschrijven. Een dubbele DNA-helix bestaat uit twee spiraalvormige ketens van desoxyribonucleïnezuur. De vorm is vergelijkbaar met die van een wenteltrap. DNA is een nucleïnezuur dat bestaat uit stikstofbasen (adenine, cytosine, guanine en thymine), een suiker met vijf koolstofatomen (deoxyribose) en fosfaatmoleculen. De nucleotide-basen van DNA vertegenwoordigen de traptreden van de trap en de desoxyribose- en fosfaatmoleculen vormen de zijkanten van de trap.

Waarom is DNA verdraaid??

DNA is opgerold in chromosomen en stevig verpakt in de kern van onze cellen. Het kronkelige aspect van DNA is een resultaat van interacties tussen de moleculen die DNA en water vormen. De stikstofbasen die de trappen van de gedraaide trap vormen, worden bijeengehouden door waterstofbruggen. Adenine is gebonden met thymine (A-T) en guanineparen met cytosine (G-C). Deze stikstofbasen zijn hydrofoob, wat betekent dat ze een affiniteit voor water missen. Omdat het celcytoplasma en cytosol vloeistoffen op waterbasis bevatten, willen de stikstofbasen contact met celvloeistoffen vermijden. De suiker- en fosfaatmoleculen die de suiker-fosfaatruggengraat van het molecuul vormen, zijn hydrofiel, wat betekent dat ze waterminnend zijn en affiniteit hebben met water.

DNA is zodanig gerangschikt dat het fosfaat en de suikerruggengraat zich aan de buitenkant bevinden en in contact staan ​​met vloeistof, terwijl de stikstofbasen zich in het binnenste gedeelte van het molecuul bevinden. Om verder te voorkomen dat de stikstofbasen in contact komen met celvloeistof, draait het molecuul om de ruimte tussen de stikstofbasen en de fosfaat- en suikerstrengen te verminderen. Het feit dat de twee DNA-strengen die de dubbele helix vormen anti-parallel zijn, helpt ook om het molecuul te verdraaien. Antiparallel betekent dat de DNA-strengen in tegenovergestelde richtingen lopen, zodat de strengen nauw op elkaar passen. Dit vermindert de kans dat vloeistof tussen de bases sijpelt.

DNA-replicatie en eiwitsynthese

De dubbele helixvorm zorgt voor DNA-replicatie en eiwitsynthese. In deze processen wordt het gedraaide DNA afgewikkeld en geopend om een ​​kopie van het DNA mogelijk te maken. Bij DNA-replicatie ontspant de dubbele helix en wordt elke gescheiden streng gebruikt om een ​​nieuwe streng te synthetiseren. Terwijl de nieuwe strengen worden gevormd, worden basen aan elkaar gekoppeld totdat twee DNA-moleculen met dubbele helix worden gevormd uit een enkel DNA-molecuul met dubbele helix. DNA-replicatie is vereist voor de processen van mitose en meiose.

Bij eiwitsynthese wordt het DNA-molecuul getranscribeerd om een ​​RNA-versie van de DNA-code te produceren die bekend staat als messenger RNA (mRNA). Het messenger RNA-molecuul wordt vervolgens vertaald om eiwitten te produceren. Om DNA-transcriptie te laten plaatsvinden, moet de dubbele DNA-helix worden afgewikkeld en moet een enzym, RNA-polymerase, het DNA kunnen transcriberen. RNA is ook een nucleïnezuur maar bevat de base uracil in plaats van thymine. Bij transcriptie vormen guanineparen met cytosine en adenineparen met uracil om het RNA-transcript te vormen. Na transcriptie sluit het DNA en keert terug naar zijn oorspronkelijke staat.

DNA-structuurdetectie

Dr. Francis Crick en dr. James Watson op een symposium van de moleculaire biologie. Ted Spiegel / Contributor / Getty Images

James Watson en Francis Crick hebben erkenning gekregen voor de ontdekking van de dubbele helixstructuur van DNA en hebben een Nobelprijs gekregen voor hun werk. Het bepalen van de structuur van DNA was gedeeltelijk gebaseerd op het werk van vele andere wetenschappers, waaronder Rosalind Franklin. Franklin en Maurice Wilkins gebruikten röntgendiffractie om aanwijzingen over de structuur van DNA te achterhalen. De röntgendiffractiefoto van DNA genomen door Franklin, genaamd "foto 51", toonde aan dat DNA-kristallen een röntgenvorm vormen op röntgenfilm. Moleculen met een spiraalvormige vorm hebben dit type X-vormig patroon. Watson en Crick gebruikten bewijs uit de röntgendiffractie-studie van Franklin en herzagen hun eerder voorgestelde drievoudige helix-DNA-model tot een dubbele helix-model.

Bewijs ontdekt door biochemicus Erwin Chargoff hielp Watson en Crick bij het ontdekken van base-pairing in DNA. Chargoff toonde aan dat de concentraties van adenine in DNA gelijk zijn aan die van thymine en de concentraties van cytosine zijn gelijk aan guanine. Met deze informatie konden Watson en Crick bepalen dat de binding van adenine aan thymine (A-T) en cytosine aan guanine (C-G) de stappen vormen van de gedraaide trapvorm van DNA. De suikerfosfaatruggengraat vormt de zijkanten van de trap.

_Bron:

• _{"De ontdekking van de moleculaire structuur van DNA - De dubbele helix." Nobelprize.org, Nobel Media AB, 2014, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.}