In de biologie is "dubbele helix" een term die wordt gebruikt om de structuur van te beschrijven DNA. Een dubbele DNA-helix bestaat uit twee spiraalvormige ketens van deoxyribonucleïnezuur. De vorm is vergelijkbaar met die van een wenteltrap. DNA is een Nucleïnezuur samengesteld uit stikstofbasen (adenine, cytosine, guanine en thymine), een vijfkoolstofsuiker (deoxyribose) en fosfaatmoleculen. De nucleotidebasen van DNA vertegenwoordigen de traptreden van de trap en de deoxyribose- en fosfaatmoleculen vormen de zijkanten van de trap.
Belangrijkste leerpunten
- Dubbele helix is de biologische term die de algehele structuur van DNA beschrijft. De dubbele helix bestaat uit twee spiraalvormige ketens van DNA. Deze dubbele helixvorm wordt vaak gevisualiseerd als een wenteltrap.
- Het verdraaien van DNA is het resultaat van zowel hydrofiele als hydrofobe interacties tussen de moleculen die DNA en water in een cel bevatten.
- Zowel de replicatie van DNA als de synthese van eiwitten in onze cellen zijn afhankelijk van de dubbele helixvorm van DNA.
- Dr. James Watson, Dr. Francis Crick, Dr. Rosalind Franklin en Dr. Maurice Wilkins speelden allemaal een cruciale rol bij het ophelderen van de structuur van DNA.
Waarom is DNA gedraaid?
DNA wordt opgerold chromosomen en stevig verpakt in de kern van onze cellen. Het kronkelende aspect van DNA is het resultaat van interacties tussen de moleculen waaruit DNA en water bestaan. De stikstofbasen die de trappen van de gedraaide trap vormen, worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen. Adenine is gebonden met thymine (A-T) en guanineparen met cytosine (G-C). Deze stikstofbasen zijn hydrofoob, wat betekent dat ze geen affiniteit voor water hebben. Sinds de cel cytoplasma en cytosol vloeistoffen op waterbasis bevatten, de stikstofbasen willen contact met celvloeistoffen vermijden. De suiker- en fosfaatmoleculen die de suikerfosfaatruggengraat vormen van het molecuul zijn hydrofiel, wat betekent dat ze waterminnend zijn en affiniteit hebben met water.
DNA is zo gerangschikt dat het fosfaat en de suikerskelet zich aan de buitenkant en in contact met vloeistof bevinden, terwijl de stikstofbasen zich in het binnenste deel van het molecuul bevinden. Om verder te voorkomen dat de stikstofbasen in aanraking komen met cel vloeistof, draait het molecuul om de ruimte tussen de stikstofbasen en de fosfaat- en suikerstrengen te verminderen. Het feit dat de twee DNA-strengen die de dubbele helix vormen antiparallel zijn, helpt ook om het molecuul te verdraaien. Antiparallel betekent dat de DNA-strengen in tegengestelde richting lopen, zodat de strengen goed in elkaar passen. Dit vermindert de kans dat vloeistof tussen de bases sijpelt.
DNA-replicatie en eiwitsynthese
De dubbele helixvorm zorgt voor DNA-replicatie en eiwitsynthese optreden. Bij deze processen rolt het gedraaide DNA af en gaat open om een kopie van het DNA te maken. Bij DNA-replicatie rolt de dubbele helix af en wordt elke gescheiden streng gebruikt om een nieuwe streng te synthetiseren. Naarmate de nieuwe strengen ontstaan, worden basen aan elkaar gekoppeld totdat twee dubbele helix-DNA-moleculen worden gevormd uit een enkele dubbele helix-DNA-molecule. DNA-replicatie is vereist voor de processen van mitose en meiosis optreden.
Bij eiwitsynthese is het DNA-molecuul dat wel getranscribeerd om een RNA versie van de DNA-code die bekend staat als messenger RNA (mRNA). Het boodschapper-RNA-molecuul is dan vertaald produceren eiwitten. Om DNA-transcriptie te laten plaatsvinden, moet de dubbele DNA-helix zich ontspannen en een enzym genaamd RNA-polymerase het DNA laten transcriberen. RNA is ook een nucleïnezuur, maar bevat de basis uracil in plaats van thymine. Bij transcriptie paren guanine met cytosine en adenine paren met uracil om het RNA-transcript te vormen. Na transcriptie sluit het DNA en keert het terug naar zijn oorspronkelijke staat.
DNA Structure Discovery
James Watson en hebben de eer gekregen voor de ontdekking van de dubbele helixstructuur van DNA Francis Crick, bekroond met een Nobelprijs voor hun werk. Het bepalen van de structuur van DNA was mede gebaseerd op het werk van vele andere wetenschappers, waaronder Rosalind Franklin. Franklin en Maurice Wilkins gebruikten röntgendiffractie om aanwijzingen te krijgen over de structuur van DNA. De röntgendiffractiefoto van DNA, genomen door Franklin, genaamd "foto 51", toonde aan dat DNA-kristallen een röntgenvorm vormen op röntgenfilm. Moleculen met een spiraalvorm hebben dit type X-vormig patroon. Met behulp van bewijs uit Franklin's röntgendiffractiestudie hebben Watson en Crick hun eerder voorgestelde drievoudige helix-DNA-model herzien naar een dubbel-helix-model voor DNA.
Door biochemicus Erwin Chargoff ontdekt bewijs hielp Watson en Crick om basenparing in DNA te ontdekken. Chargoff toonde aan dat de concentraties adenine in DNA gelijk zijn aan die van thymine en dat de concentraties cytosine gelijk zijn aan guanine. Met deze informatie konden Watson en Crick vaststellen dat de binding van adenine aan thymine (A-T) en cytosine aan guanine (C-G) de stappen vormt van de gedraaide trapvorm van DNA. De ruggengraat van suikerfosfaat vormt de zijkanten van de trap.
Bronnen
- 'De ontdekking van de moleculaire structuur van DNA - de dubbele helix.' Nobelprize.org, www.nobelprize.org/educational/medicine/dna_double_helix/readmore.html.