Drehen Sie die DNA-Doppelhelix ein

Erstens ist Ihre Beschreibung zutreffend. Die einzige pedantische Kritik, die ich machen möchte, ist, dass der Fachausdruck für Nukleotide in der DNA Desoxyribonukleotid ist .

Zweitens möchte ich nicht sagen, dass nichthelikale DNA niemals vorkommt, da die Struktur jedes Makromoleküls dynamisch ist, aber ich vermeide ausdrücklich Ausnahmen von der Regel, um das Problem nicht zu verwirren.

Die helikale Struktur der DNA ist eine Form mit niedriger Energie, was ihre Bildung thermodynamisch günstig macht. Chemische Bindungen in der DNA (und jedem Molekül) haben eine Konformationsflexibilität, was bedeutet, dass das Molekül als Ganzes unterschiedliche Strukturen annehmen kann . Wenn Sie sich zwei DNA-Stränge vorstellen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind, aber in einer nicht helikalen, geraden Form, können Sie die Stränge einfach um ihre Mittelachse drehen, um eine helikale Struktur zu bilden. Dieses Verdrehen ist aufgrund der Konformationsflexibilität der chemischen Bindungen erlaubt. Die helikale Struktur ist stabiler als die "gerade" Form (aufgrund von Basenstapelwechselwirkungen ) und bildet sich daher spontan. Ich habe mich vergeblich bemüht, eine gute Animation davon zu finden, bin aber zu kurz gekommen. Sie können dieses Video überfliegenum ein Beispiel dafür zu sehen, wovon ich spreche. Es ist subtil, aber Sie können vielleicht sehen oder sich vorstellen, dass, wenn die beiden Stränge umeinander gedreht werden, die benachbarten Basen in einem Strang näher zusammenrücken. Dies ermöglicht stabilisierende Wechselwirkungen zwischen den benachbarten Basen, was die spontane Helixbildung begünstigt (ich erörtere dies kurz am Ende einer anderen Antwort ).

Wie häufig die „Sprossen“ auftreten, hängt von der konkreten Wendelgeometrie ab . In der B-Form-DNA, der Geometrie, von der angenommen wird, dass sie überwiegend in vivo auftritt, vollzieht die Helix etwa alle 10,5 Basen eine volle Umdrehung, und der Abstand zwischen benachbarten Basen beträgt ~3,4 Å, wie unten gezeigt:

Ein wichtiger Punkt für jemanden, der von einem anderen Schüler zur Strukturbiologie kommt, ist das Verständnis der grundlegenden Thermodynamik, die dem Konzept der „stabilen“ Struktur zugrunde liegt. Dies wird in einem einleitenden Kapitel von Berg et al. beschrieben. online. Obwohl es unbedingt erforderlich ist, die Entropie des Gesamtsystems zu berücksichtigen, ist in vielen Fällen die wichtigste Größe die (Gibbs-)Freie Energie einer Struktur. Wenn man zwei (oder mehr) Strukturen vergleicht, ist die thermodynamisch stabilste die mit der niedrigsten freien Energie.

Faktoren, die zu einem Zustand niedriger freier Energie in einer Struktur beitragen („sie stabilisieren“), sind das Vorhandensein chemischer Bindungen und das Fehlen einer sterischen oder elektrostatischen Abstoßung. Die Doppelhelixstruktur wird durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basen gegenüberliegender Stränge und Stapelwechselwirkungen zwischen den aromatischen Ringen über- und untereinander in der Helix stabilisiert. Dies wird von @canadiener erwähnt, obwohl die Perspektive seines Diagramms nicht optimal ist, um das Stapeln zu zeigen. Rahmen (a) meines Diagramms unten zeigt die DNA-Helix von „oben“ mit den Purinbasen rot, den Pyrimidinbasen blau und dem Zucker-Phosphat-Rückgrat weiß. (Rahmen (b) zeigt die Wasserstoffbrückenbindungen als unterbrochene Linien zwischen den Basen, obwohl die blaue Hälfte nicht gut auftaucht.)

Der Grund für die „Verdrillung“, die der Helix in der DNA zugrunde liegt, liegt einfach darin, dass sie Teil der Struktur ist, die die stärksten Wasserstoffbindungen und Basenstapelungen mit der geringsten sterischen oder elektrostatischen Abstoßung ermöglicht. Dies ist die Struktur mit der niedrigsten freien Energie.

[Siehe auch die Beschreibung der Doppelhelix bei Berg et al. , die ein Diagramm der Basisstapelung enthält. Ich würde sehr raten, sich auf die Biochemie- und Molekularbiologie-Texte online im NCBI-Bücherregal zu beziehen, um Standardmaterial zu finden, anstatt auf Wikipedia. Die Gelehrsamkeit, Gutachtertätigkeit und Konsistenz der letzteren sind im Allgemeinen viel höher.]