Definition
Double helix er betegnelsen for formen af vores arvelige molekyle, DNA. Denne umiddelbart genkendelige struktur består af to DNA-strenge, der er snoet rundt om hinanden og forbundet i midten ved hjælp af hydrogenbindinger. Hydrogenbindingerne dannes mellem nukleotider – den gentagende enhed i DNA og sproget i den genetiske kode.
Den dobbelte helix-struktur af DNA blev afsløret i en skelsættende forskning, der blev tilskrevet James Watson og Francis Crick i 1950’erne. Denne opdagelse anses for at være et af de vigtigste fremskridt inden for biologien til dato. Historien om opdagelsen af DNA-dobbeltspiralen er også forbundet med nogle kontroverser, idet det hævdes, at de involverede forskere ikke anerkendte andres bidrag, nemlig Rosalind Franklin.
En oversigt over DNA’s struktur
Hver streng af DNA består af en række gentagende enheder kaldet nukleotider. Derfor betegnes hver DNA-streng som et polynucleotid. Disse nukleotider er dannet af tre komponenter:
- et sukkerstof med fem kulstofatomer (deoxyribose)
- en fosfatgruppe
- en nitrogenholdig base
Det fjerde kulstof i deoxyribose-sukkeret fra et nukleotid danner en fosfodiesterbinding med fosfatgruppen i den tilstødende base. Dette danner grundlaget for sukker-fosfat-ryggen i DNA-strengen.
De nitrogenholdige baser er DNA’ets “sprog”. Der er fire nitrogenholdige baser i DNA: guanin (G), adenin (A), thymin (T) og cytosin (C). De kan inddeles i to grupper på grundlag af deres struktur. Guanin og adenin er puriner med en kvælstofring med to kulstofstykker, og thymin og cytosin er pyrimidiner med en kvælstofring med ét kulstof.
Kombinationen af disse fire bogstaver i DNA-molekyler er det, vi kalder den genetiske kode, og denne kode indeholder alle instruktioner til at opbygge og drive en hel organisme!
Hver af disse polynukleotidstrenge er parret med en komplementær streng og vikler sig rundt om hinanden for at danne dobbeltspiralstrukturen. Hvordan blev denne komplekse struktur afsløret?
Offentliggørelsen af DNA’s dobbeltspiralstruktur
Offentliggørelsen af DNA’s dobbeltspiralstruktur er et af de vigtigste og mest kendte videnskabelige gennembrud. Opdagelsen blev tilskrevet James Watson, en biolog, og Francis Crick, en fysiker, i 1950’erne. De vandt senere Nobelprisen for deres forskning sammen med Maurice Wilkins, som ofte bliver overset for sin vigtige rolle i den forskning, der førte til gennembruddet. Faktisk har hans selvbiografi titlen “The Third Man of the Double Helix”.
Forud for offentliggørelsen af deres resultater var der allerede blevet forsket meget i DNA’s sammensætning, og der var blevet kastet et vist lys over den. For eksempel vidste man allerede, at DNA består af nukleotider, og at forholdet mellem puriner: pyrimidiner i et DNA-molekyle er lige stort (kendt som Chargaffs regel).
Watson og Crick udledte deres model ved at sætte disse beviser samt røntgenkrystallografidata indsamlet af Rosalind Franklin ind i en struktur, der opfyldte parametrene for alle de tidligere indsamlede beviser. De brugte en række papmodeller og konstruerede dem omhyggeligt, indtil de dannede en struktur, der gav mening. Herigennem skabte de en model, som i det store og hele anses for at være præcis årtier senere. Du kan læse den originale artikel med kommentarer her.
Når de var færdige med deres forskning, fik de angiveligt et “eureka”-øjeblik, og Crick løb hen til deres lokale pub i Cambridge for at bekendtgøre, at han og Watson havde “opdaget hemmeligheden bag livet”.
Pubben, der hed The Eagle, opstillede en plakette indenfor og en udenfor for at mindes lejligheden. Plakaten blev engang ændret af et medlem af offentligheden, som tilføjede “+ Franklin i anerkendelse af den vigtige rolle, som Rosalind Franklin spillede!
DNA-dobbelthelixstrukturens kendetegn
Nogle af de vigtige kendetegn ved Watson/Crick-modellen af DNA-dobbelthelixen omfatter:
Helixens retning
Et enkelt DNA-molekyle består af to strenge, der snor sig om hinanden og danner en helix. Helixen drejer sig ca. en gang hver tiende nukleotid. Helixens retning er næsten altid højresvingende, dvs. hvis man forestiller sig de to strenge som en vindeltrappe, man skal gå ned ad, skal man dreje til højre for at gå nedad. Helixens yderside indeholder DNA-strengene, og helixens kerne indeholder de nitrogenholdige baser.
Komplementær baseparring
Når nukleotiderne fra hver streng gennemgår hydrogenbinding, gør de det på en særlig måde. Adeniner danner altid par med thyminer og cytosiner og danner altid par med guaniner. Der er tre hydrogenbindinger mellem guanin og cytosin og to hydrogenbindinger mellem thyminer og guaniner. Man siger derfor, at DNA-strenge er komplementære til hinanden.
Genetisk kode
Nukleotidernes sekvens er variabel mellem organismer, og det er det, der indeholder den genetiske information og gør hver organisme unik. DNA-sekvensen forplanter sig mellem generationerne. DNA-sekvensen er således afgørende for livets fortsættelse.
Antiparallel orientering
DNA-strengene løber antiparallelt i forhold til hinanden. Det betyder, at den ene streng i slutningen af et bestemt molekyle ender på en fosfatgruppe (kaldet 5′, fordi fosfatgruppen er knyttet til det femte kulstof), og den anden streng ender på en hydroxylgruppe (kaldet 3′, fordi OH-gruppen er på det tredje kulstof). Det modsatte gælder for den anden ende af molekylet.
Major og Minor Grooves
DNA’s struktur betyder, at de to strenges rygrad ligger tættere på hinanden på den ene side af helixen end på den anden. Hvor de er tættere på hinanden, kaldes strukturen for den store rille. Hvor de er længere fra hinanden, kaldes strukturen for den mindre rille.
Disse sider er funktionelt vigtige, da visse proteiner fortrinsvis binder sig til den store rille. Disse proteiner er normalt faktorer, der skal interagere med nukleotiderne, som f.eks. transkriptionsfaktorer eller DNA-replikeringsenzymer. Andre proteiner, der ikke har brug for sekvensspecificitet, vil derimod interagere med den mindre rille.
Det afviklende enzym
For at DNA kan videregives til den næste generation, skal det kopieres. For at kunne replikeres troværdigt skal dobbeltspiralen afvikles eller pakkes ud, så cellemaskineriet har adgang til nukleotidsekvensen. Denne udpakning sker ved hjælp af enzymet helicase.
Helicase har til opgave at omforme DNA’s struktur ved at bryde hydrogenbindingerne mellem de parrede nukleotider. DNA-helicase er også vigtig under reparation af DNA-skader og under transkriptionsprocessen.
Alternative DNA-strukturer
Watson og Cricks model henviser til den mest almindelige struktur af DNA, kaldet B-DNA. To andre konformationer af DNA er meget sjældnere i naturen: Z-DNA og A-DNA. Z-DNA er en venstrehåndet helix uden stærke forskelle, der definerer større og mindre riller. A-DNA ligner i sin struktur meget mere B-DNA, men er mere komprimeret og kompakt.