Structuur van DNA

Door Susha Cheriyedath, M.Sc.Beoordeeld door Sally Robertson, B.Sc.

De ontdekking van de DNA-structuur door James Watson en Francis Crick in het jaar 1953 is een van de meest revolutionaire wetenschappelijke ontdekkingen tot nu toe. Het onderzoek dat leidde tot de ontdekking van de nucleïnezuurstructuur begon echter verscheidene jaren eerder en er waren veel verschillende onderzoekers over de hele wereld bij betrokken.

Eerdere ontwikkelingen

Het was in 1869 dat de Zwitserse biochemicus Frederich Miescher als eerste DNA identificeerde als aanwezig binnen de kernen van lymfocyten. Het belang van de molecule werd echter pas meer dan 50 jaar later ingezien. In 1919 stelde de Russische biochemicus Phoebus Levene voor dat nucleïnezuren zijn opgebouwd uit nucleotiden, die zijn samengesteld uit een van de vier basen – A (adenine), T (thymine), G (guanine) en C (cytosine); een suiker en een fosfaatgroep.

De Oostenrijkse biochemicus Erwin Chargaff, geïnspireerd door Oswald Avery’s paper uit 1944 over DNA als genetisch materiaal, startte een onderzoeksproject gericht op de chemie van nucleïnezuren in de jaren 1950. Op basis van zijn waarnemingen over de hoeveelheid basen in DNA stelde hij de regel van Chargaff op, die stelt dat de totale hoeveelheid purines (A + G) vrijwel gelijk is aan de totale hoeveelheid pyrimidines (C + T). De combinatie van Levene’s bevindingen en het cruciale röntgenkristallografische werk aan de DNA-structuur door Rosalind Franklin en Maurice Wilkins, legde de basis voor de baanbrekende ontdekking van de dubbele helixstructuur door Watson en Crick in 1953.

In 1962 ontvingen Watson, Crick en Wilkins gezamenlijk de Nobelprijs voor de Geneeskunde “voor hun ontdekkingen betreffende de moleculaire structuur van nucleïnezuren en de betekenis daarvan voor de informatieoverdracht in levend materiaal.”

De dubbele helix van DNA

Structuur en bestanddelen

DNA bestaat uit twee polynucleotideketens of -strengen, die zodanig om elkaar heen gewonden zijn dat ze op een gedraaide ladder lijken. Deze structuur wordt de dubbele helix genoemd. De ruggengraat van elk van deze strengen is een repeterend patroon van een 5-koolstof suiker en een fosfaatgroep. Elke suiker is verbonden aan een van de vier stikstofhoudende basen: A, T, G, of C.

De in de nucleotide aanwezige suiker is een desoxyribose, vandaar de naam desoxyribonucleïnezuur (DNA). In de dubbele helix DNA-structuur zijn alle vier basen opgesloten in de binnenkant van de dubbele helix, op hun plaats gehouden door waterstofbruggen (H) die complementaire basen op de twee strengen verbinden. De suiker-fosfaat ruggengraten van DNA bevinden zich aan de buitenkant van de dubbele helix.

Waterstofbruggen

Adenine en thymine zijn gekoppeld door twee H-bindingen, terwijl cytosine en guanine zijn gekoppeld door drie H-bindingen. De basen zijn gestapeld op de ladder en de hydrofobe binding tussen de basen geeft het DNA-molecuul stabiliteit.

Complementaire basenparen

De twee DNA-strengen in de dubbele helix lopen in tegengestelde richting (antiparallel aan elkaar) om de basen in elk basenpaar te helpen in de dubbele helix te passen. Dit betekent dat de nucleotiden in elke streng van het DNA precies complementair zijn aan die in de andere streng.

De complementaire basenparen van A met T en G met C maken optimalisatie van de energieniveaus binnen de dubbele helix mogelijk. In deze dubbele helix opstelling blijft de breedte van elk basenpaar gelijk, wat betekent dat dezelfde afstand wordt aangehouden tussen de suiker-fosfaat backbones, over de lengte van het DNA-molecuul. De draaiingen of wendingen in de twee suiker-fosfaat ruggengraten van de dubbele helix komen om de tien basenparen voor, wat de efficiëntie van de basenpaarpakking maximaliseert.

De twee polynucleotide strengen van de DNA dubbele helix vormen een eenvoudige basis voor het kopiëren van de informatie in de molecule. Bij scheiding dient elk van de twee strengen als sjabloon voor het maken van een exacte of identieke kopie van het DNA-molecuul.

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/

Verder lezen

• Alle DNA-inhoud
• Wat is DNA?
• DNA Eigenschappen
• DNA Chemische Modificaties
• DNA Biologische Functies

>

Citaties