Fysieke, moleculaire of geometrische organisatie van DNA (612 woorden)

Handige notities over de fysieke, moleculaire of geometrische organisatie van DNA!

De eerste persoon die enige gedachte aan de driedimensionale structuur van DNA heeft gegeven, was WT Astbury die met zijn röntgenkristallografische studies van de DNA-molecule in 1940 concludeerde dat omdat DNA een hoge dichtheid heeft, het polynucleotide dus een stapel vlakke nucleotiden was, elk waarvan loodrecht op de lange as van het molecuul was georiënteerd en elke 3, 4 A langs de stapel was geplaatst.

Afbeelding Courtesy: 3.bp.blogspot.com/_dBigZkRETuM/TS-LaUDMtoI/AAAAAAAABrY/3Arustycloud.jpg

De röntgenkristallografische studies van Astbury werden voortgezet door Wilkins en zijn medewerkers (1953), die erin slaagden om hooggeoriënteerde DNA-vezels te bereiden waarmee ze een röntgendiffractieafbeelding konden verkrijgen. Een van zijn medewerkers Rosalind Franklin bekwam een ​​superieure röntgendiffractieafbeelding van DNA die Astbury's eerdere conclusie van 3, 4 A internucleotide-afstand bevestigde en suggereerde een helixvormige configuratie voor een DNA-molecuul.

Watson en Crick, die al bezig waren met het bouwen van een geschikt model voor de DNA-structuur, observeerden Franklin's foto van DNA-molecuul en onmiddellijk gebruikten ze die informatie bij het construeren van een moleculair model voor DNA. In april 1953 publiceerden Watson en Crick hun conclusies over de structuur van het DNA in hetzelfde nummer van 'Nature', waarin Wilkins en zijn collega's de röntgenfoto's voor die structuur presenteerden.

Overwegingen van Watson en Crick bij de constructie van een dubbele helixstructuur van een DNA-molecuul:

Watson en Crick sloten rechtstreeks af van de röntgendiffractieafbeelding van het DNA van Franklin dat (1) de DNA-polynucleotideketen de vorm heeft van een reguliere helix, (2) de helix een diameter heeft van ongeveer 20 A en, (3) de helix maakt een volledige draai om de 3, 4 A langs de lengte ervan, en daarom bestaat, aangezien de afstand tussen de nucleotiden 3, 4 A is, een stapel van tien nucleotiden per beurt.

Rekening houdend met de bekende dichtheid van het DNA-molecuul, kwamen Watson en Crick vervolgens tot de conclusie dat de spiraal twee polynucleotide-ketens moet bevatten, of twee stapels van tien nucleotiden per beurt, omdat de dichtheid van een cilinder met een diameter van 20 A en een lengte van 34 A te groot zou zijn. laag als het maar een enkele stapel van tien bevatte, en te hoog als het drie of meer stapels van elk tien nucleotiden bevatte.

Alvorens te proberen deze twee polynucleotide-ketens in een reguliere spiraal van de vereiste dimensies te rangschikken, plaatsten Watson en Crick echter een verdere beperking op hun model - een beperking die voortkwam uit hun kennis dat DNA tenslotte het genetische materiaal is.

Als DNA erfelijkheidsinformatie moet bevatten, redeneerden ze, en als die informatie is ingeschreven als een specifieke sequentie van de vier basen langs de polynucleotideketen, moet de moleculaire structuur van DNA in staat zijn om elke willekeurige sequentie van basen langs zijn polynucleotideketens te accommoderen. . Anders zou de capaciteit van DNA als informatiedrager te zeer beperkt zijn.

Vandaar dat zij de behoefte voelden aan de constructie van een dergelijke regelmatige helix die hoewel samengesteld uit twee polynucleotide-ketens die een willekeurige sequentie van nucleotidenbasen bevatten, elke 3, 4 A over hun lengte, toch een constante diameter van 20 A zou hebben.

Omdat de dimensie van de purine-ring groter is dan die van de pyrimidine-ring, zijn Watson en Crick op het idee gekomen dat de twee-ketting-helix een constante diameter zou kunnen hebben als er een complementaire relatie tussen de twee nucleotide-stapels zou bestaan, zodat op elk niveau een stack herbergt een purine base en de andere een pyrimidine base.

Tenslotte, om de helix een thermodynamische stabiliteit te geven, zou de structuur ruime mogelijkheden hebben voor de vorming van waterstofbindingen tussen amino- of hydroxylwaterstof en ketogroepen of immunostikstoffen van de purines en pyrimidine-basen. Deze overwegingen leidden ertoe dat ze een dubbel helixmodel construeerden voor de moleculaire structuur van het DNA-molecuul.