DNS-szálak

A legtöbb ember látta már a DNS híres kettős spirálját – a DNS két szálát, amelyek csigalépcsőként fonódnak egymásba. Minden élőlénynek van DNS-e. Az egyszerű élőlényeknek, például a baktériumoknak csak egy hosszú, kör alakú DNS-darabjuk van, amely két egymásba fonódó DNS-szálból áll. Az emberi genom, az emberek DNS-állománya ennél sokkal több DNS-szálból áll.

Az emberek DNS-ének nagy része jellemzően 46 kromoszómába csomagolva található a sejtmagban, amely a DNS tárolására specializált rekesz. A sejtmagban lévő kromoszómák mindegyike két, egymás köré tekeredő, lineáris DNS-szálból áll.

Az emberi sejtek kis mennyiségű extrachromoszómális DNS-t is tartalmaznak, amely a sejt egy másik részében, a mitokondriumokban található. Ez a mitokondriális DNS inkább a bakteriális DNS-hez hasonlít – egyetlen hosszú, kör alakú DNS-darab, amely két DNS-szálból áll.

A DNS-szál hosszú, vékony molekula – átlagosan csak körülbelül két nanométer (vagy a méter kétmilliárdod része) széles. Ez olyan vékony, hogy egy emberi hajszál körülbelül 40 000-szer olyan széles. A DNS-szálak hihetetlen vékonysága lehetővé teszi, hogy nagyon szorosan össze legyenek csomagolva, mivel máskülönben a legtöbb DNS-molekula nem férne el a sejtek belsejében.

Hasonlításképpen, ha egyetlen emberi sejtben található összes DNS-szálat végétől végéig kifeszítenénk, az majdnem két méter hosszú lenne, vagyis körülbelül 2,5 méter hosszú. Ha egy sejtmag akkora lenne, mint egy baseball-labda, akkor ez 8,3 mérföldnyi DNS-nek felelne meg.

A DNS-szál részei

Függetlenül a hosszától és a sejtben való elhelyezkedésétől, minden DNS-szálnak van egy közös szerkezete. Mindegyik nukleotidoknak nevezett építőelemekből áll, amelyek sorban kapcsolódnak egymáshoz. Maguk a nukleotidok három összekapcsolt részből állnak: egy cukormolekulából, egy foszfátcsoportból és egy nitrogén bázisból.

Az egyik nukleotid cukorai a szomszédos nukleotid foszfátjaihoz kapcsolódva alkotják a DNS-szál külső részét, az úgynevezett cukor-foszfát gerincet. A DNS-szál belsejét a nitrogénbázisok alkotják. Ezek a bázisok párosával kötődnek egymáshoz, gyenge kötéseket alkotva, amelyek mégis összetartják a DNS két szálát a kettős spirálban. Ezek szekvenciája kódolja a szervezet genetikai információit.

Hogyan tartják össze a DNS két szálát?

A DNS két szálát a kettős spirálban a két szál nukleotidjainak nitrogénbázisai közötti párosodás tartja össze. A DNS-nukleotidok nitrogénbázisa négy különböző molekula egyike lehet: adenin (A), guanin (G), timin (T) és citozin (C). Az ellentétes szálakon lévő nitrogénbázispárokat hidrogénkötéseknek nevezett vonzások tartják össze, amelyek meghatározott mintázat szerint alakulnak ki.

A DNS egyik szálán lévő minden adenin két hidrogénkötést képez a komplementer szálon lévő timinmolekulával, és fordítva. És minden guanin molekula az egyik szálon három hidrogénkötést képez egy citozin molekulával a másik szálon és fordítva. Ily módon a két DNS-szál hosszában hidrogénkötésekkel tapad egymáshoz, így alkotva a kettős spirálnak nevezett csigalépcső “lépcsőit”.

Miért kell a DNS-szálaknak antipárhuzamosnak lenniük?

A kettős DNS-szálat alkotó két komplementer DNS-szálat úgy írjuk le, hogy antipárhuzamosak egymással. Az antiparallel kifejezés azt jelenti, hogy bár a két szál fizikailag párhuzamos egymással, ellentétes irányban futnak – hasonlóan az utca jobb és bal sávjához.

Más szóval, ahol az egyik DNS-szál gerince egy cukormolekulával kezdődik és egy foszfátcsoportban végződik, ott a komplementer szál gerince egy foszfátcsoporttal kezdődik és egy cukormolekulában végződik. A két DNS-szál antiparaleláris orientációja szerkezetileg stabilabbá teszi a DNS-t, és lehetővé teszi a komplementer bázispárosítást, amely összetartja a DNS-szálakat.

Az egyes DNS-szálak iránya jelentős a DNS másolásának (DNS-replikáció) és a DNS génjeiben található információ leolvasásának (transzkripció) folyamata szempontjából, mivel a sejtek csak egy irányban tudják leolvasni a DNS-t. A DNS-t csak egy irányban tudják leolvasni. Ahogy mi is csak balról jobbra olvasunk szöveget, úgy a sejtek is csak a DNS-t olvashatják úgy, hogy a gerincoszlop cukorvégével kezdik és a foszfátvégével fejezik be.