Was macht DNA spiralförmig?

Die Helixform des DNA-Moleküls ist eine Folge seiner Sekundärstruktur. Damit sind die im Molekül enthaltenen Basen gemeint, die sich paaren und so die Tertiärstruktur bestimmen [1].

Basenpaarung tritt auch in RNA auf, sodass sie eine Doppelhelix bilden kann. Tatsächlich besteht RNA aus kurzen Helices, die aneinander gepackt sind [2]. Basenpaare behalten die helikale Struktur der DNA bei, unabhängig von der Nukleotidsequenz [3].

Ein Nukleinsäurestrang besteht aus Nukleotiden, die durch kovalente Bindungen zwischen dem Zucker eines Nukleotids und dem Phosphat des nächsten Nukleotids verbunden sind. Adenin paart sich mit Thymin und Cytosin paart sich mit Guanin durch Wasserstoffbrückenbindungen und bildet die doppelsträngige Struktur [3]. Da kovalente Bindungen stärker sind als Wasserstoffbindungen, wird die Doppelhelixstruktur der DNA leicht durch Hitze aufgebrochen [4], aber die Nukleotide bleiben aneinander gebunden.

Hier ist das tRNA-Molekül (Sie können sehen, dass es kurze Helices hat):

„ TRNA-Phe Hefe 1ehz “ von Yikrazuul – Eigene Arbeit. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons .

Hier ist die DNA-Struktur:

_{(Quelle: wikimedia.org )}

„ ADN-Animation “ von brian0918™ – Eigene Arbeit. Lizenziert unter Public Domain über Wikimedia Commons .

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Verweise:

1. Wikipedia-Mitwirkende, „Nucleic acid double helix“, Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nucleic_acid_double_helix&oldid=609435163 (abgerufen am 26. Juni 2014).

2. Wikipedia-Mitwirkende, „RNA“, Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RNA&oldid=612056511 (abgerufen am 26. Juni 2014).

3. Wikipedia-Mitwirkende, „DNA“, Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=DNA&oldid=611891356 (abgerufen am 26. Juni 2014).

4. Wikipedia-Mitwirkende, „Nucleic acid thermodynamics“, Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nucleic_acid_thermodynamics&oldid=606379256 (abgerufen am 26. Juni 2014).

RNA (einzel- oder doppelsträngig) kann in Abwesenheit bestimmter komplexer 3D-Strukturen tatsächlich eine Helix bilden und tut dies auch. Die RNA-Helix hat typischerweise die A-Form, im Gegensatz zur B-Form für typische DNA. Die A-Form-Helix ist wie die B-Form rechtsgängig, aber kompakter (2,6 Å Anstieg gegenüber 3,4 Å) und breiter (26 Å Durchmesser gegenüber 20 Å). Die unterschiedlichen Helices entstehen durch das in der RNA vorhandene 2'-OH, das die Bildung einer B-Form-Helix sterisch behindert (durch Einschnüren der Ribose auf C-3'-Endopucker).

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[Aus Wikipedia. Doppelsträngige DNA-Helices. A-Form ist links, B-Form in der Mitte und Z-Form rechts. Es gibt andere Formen, die hier nicht abgebildet sind.]

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[Aus Wikipedia. Eine Haarnadelschleife (das Ergebnis einer Basenpaarung innerhalb eines Strangs in einem einzelnen RNA-Molekül), die eine A-Form-Helix angenommen hat.]

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[Ich möchte nur betonen, dass eine einzelsträngige Nukleinsäure auch ohne Sekundärstruktur Helices bildet.]

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Die Helices sowohl von DNA als auch von RNA bilden sich in wässriger Lösung aufgrund der hydrophoben und aromatischen (was auch eine planare Natur impliziert) der Basen selbst. Durch die Bildung einer Helix rücken die Basen innerhalb eines Strangs näher zusammen, was aufgrund von Stapelwechselwirkungen zwischen den konjugierten Ringsystemen sowie des Ausschlusses von Wasser von ihren hydrophoben Oberflächen (was somit die Entropie erhöht) thermodynamisch günstiger ist.