A DNS szerkezete

By Susha Cheriyedath, M.Sc.Reviewed by Sally Robertson, B.Sc.

A DNS szerkezetének felfedezése James Watson és Francis Crick által 1953-ban az egyik legforradalmibb tudományos felfedezés. A nukleinsav szerkezetének felfedezéséhez vezető kutatások azonban már évekkel korábban elkezdődtek, és a világ számos különböző kutatójának részvételével zajlottak.

Régebbi fejlemények

1869-ben a svájci biokémikus, Frederich Miescher azonosította elsőként a DNS-t a limfociták sejtmagjában. A molekula jelentőségét azonban csak több mint 50 évvel később ismerték fel. 1919-ben Phoebus Levene orosz biokémikus javasolta, hogy a nukleinsavak nukleotidokból állnak, amelyek a négy bázis – A (adenin), T (timin), G (guanin) és C (citozin) – egyikéből, egy cukorból és egy foszfátcsoportból állnak.

Az osztrák biokémikus, Erwin Chargaff, akit Oswald Avery 1944-es, a DNS-ről mint genetikai anyagról szóló tanulmánya inspirált, az 1950-es években a nukleinsavak kémiájára összpontosító kutatási projektet indított. A DNS-ben lévő bázisok mennyiségére vonatkozó megfigyelései alapján megfogalmazta a Chargaff-szabályt, amely szerint a purinok (A + G) teljes mennyisége közel azonos a pirimidinek (C + T) teljes mennyiségével. Levene megállapításainak és Rosalind Franklin és Maurice Wilkins DNS-szerkezettel kapcsolatos döntő jelentőségű röntgenkrisztallográfiai munkájának kombinációja megteremtette az alapját annak, hogy Watson és Crick 1953-ban úttörő módon felfedezzék a kettős spirál szerkezetét.

Watson, Crick és Wilkins 1962-ben közösen kapta meg az orvosi Nobel-díjat “a nukleinsavak molekuláris szerkezetével kapcsolatos felfedezéseikért és annak jelentőségéért az élő anyagban történő információátvitel szempontjából.”

A DNS kettős spirál

Szerkezet és alkotórészek

A DNS 2 polinukleotid láncból vagy szálból áll, amelyek úgy tekerednek egymásra, hogy egy csavart létrához hasonlítanak. Ezt a szerkezetet nevezzük kettős spirálnak. Mindkét szál gerince egy 5 szénatomos cukor és egy foszfátcsoport ismétlődő mintázata. Minden cukor a négy nitrogéntartalmú bázis egyikéhez kapcsolódik: A, T, G vagy C.

A nukleotidban lévő cukor dezoxiribóz, innen a dezoxiribonukleinsav (DNS) elnevezés. A kettős spirál DNS szerkezetében mind a négy bázis a kettős spirál belsejébe van bezárva, és a két szál komplementer bázisait összekötő hidrogén (H) kötések tartják őket a helyükön. A DNS cukor-foszfát gerinchálózata a kettős spirál külső oldalán található.

Hidrogénkötés

Adenin és timin két H-kötéssel, míg a citozin és a guanin három H-kötéssel párosul. A bázisok egymásra épülnek a létrán, és a bázisok közötti hidrofób kötés adja a DNS-molekula stabilitását.

Komplementer bázispárosítás

A kettős spirálban a két DNS-szál ellentétes irányban (egymással antiparallel) fut, hogy az egyes bázispárok bázisai jobban illeszkedjenek a kettős spirálba. Ez azt jelenti, hogy a DNS mindkét szálában a nukleotidok pontosan komplementárisak a másik szálban lévő nukleotidokkal.

Az A és a T, illetve a G és a C komplementer bázispárosítása lehetővé teszi a kettős spirálon belüli energiaszintek optimalizálását. Ebben a kettős spirál elrendezésben az egyes bázispárok szélessége azonos marad, ami azt jelenti, hogy a cukor-foszfát gerincek között a DNS-molekula hossza mentén azonos távolság marad. A kettős spirál két cukor-foszfát gerincének csavarodása vagy fordulása tíz bázispáronként történik, ami maximalizálja a bázispár-csomagolás hatékonyságát.

A DNS kettős spirál két polinukleotidszála egyszerű alapot biztosít a molekulában lévő információ másolásához. Szétválasztáskor a két szál mindegyike sablonként szolgál a DNS-molekula pontos vagy azonos másolatának létrehozásához.

1. http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/
3. http://cs.boisestate.edu/~amit/teaching/342/lab/structure.html
4. http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397
5. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/

További olvasmány

• Minden DNS tartalom
• Mi a DNS?
• DNS tulajdonságai
• DNS kémiai módosításai
• DNS biológiai funkciói

Az író

Susha Cheriyedath

Susha Bachelor of Science (B.Sc.) diplomát szerzett kémia szakon és Master of Science (M.Sc.) diplomát biokémia szakon az indiai Calicuti Egyetemen. Mindig is élénk érdeklődést mutatott az orvosi és egészségügyi tudományok iránt. A mesterképzés keretében biokémiára szakosodott, különös tekintettel a mikrobiológiára, az élettanra, a biotechnológiára és a táplálkozásra. Szabadidejében szívesen főz a konyhában szuper-messi sütési kísérleteivel.

Hivatkozások