Pręciki DNA

Większość ludzi widziała słynną podwójną helisę DNA – dwie nici DNA splecione ze sobą jak spiralne schody. Wszystkie żywe istoty mają DNA. Proste stworzenia, takie jak bakterie, mają tylko jeden długi, kolisty kawałek DNA składający się z dwóch splecionych nici DNA. Ludzki genom, czyli zestaw DNA u ludzi, ma o wiele więcej nici DNA.

Większość ludzkiego DNA jest zwykle upakowana w 46 chromosomach znajdujących się w jądrze komórki, które jest wyspecjalizowanym przedziałem do przechowywania DNA. Każdy z chromosomów w jądrze składa się z dwóch liniowych nici DNA owiniętych wokół siebie.

Komórki ludzkie zawierają również niewielką ilość pozachromosomalnego DNA znajdującego się w innej części komórki zwanej mitochondriami. To mitochondrialne DNA jest bardziej podobne do bakteryjnego DNA – pojedynczy długi, kolisty kawałek DNA składający się z dwóch nici DNA.

Nić DNA jest długą, cienką cząsteczką – średnio tylko około dwóch nanometrów (lub dwóch miliardowych części metra) szerokości. Jest tak cienka, że ludzki włos jest około 40 000 razy szerszy. Niesamowita cienkość nici DNA pozwala im być bardzo ciasno upakowanymi, gdyż w przeciwnym razie większość cząsteczek DNA nie zmieściłaby się wewnątrz komórek.

Dla perspektywy, gdyby rozciągnąć każdą nić DNA zawartą w pojedynczej ludzkiej komórce koniec do końca, mierzyłaby ona prawie dwa metry, czyli około 6,6 stopy długości. Gdyby jądro komórki było wielkości piłki baseballowej, byłby to odpowiednik 8,3 mil DNA upchniętego w środku.

Części nici DNA

Niezależnie od długości i lokalizacji w komórce, wszystkie nici DNA mają wspólną strukturę. Wszystkie składają się z bloków budulcowych zwanych nukleotydami, które są połączone razem w rzędzie. Same nukleotydy składają się z trzech połączonych części: cząsteczki cukru, grupy fosforanowej i zasady azotowej.

Cukry jednego nukleotydu łączą się z fosforanami sąsiedniego nukleotydu, tworząc zewnętrzną część nici DNA, znaną jako szkielet cukrowo-fosforanowy. Wnętrze nici DNA składa się z zasad azotowych. Zasady te łączą się ze sobą parami, tworząc słabe wiązania, które jednak utrzymują dwie nici DNA w podwójnej helisie. Ich sekwencja koduje informację genetyczną organizmu.

Jak dwie nici DNA trzymają się razem?

Dwie nici DNA w podwójnej helisie trzymają się razem dzięki parowaniu pomiędzy zasadami azotowymi w nukleotydach każdej nici. Zasadą azotową nukleotydu DNA może być jedna z czterech różnych cząsteczek: adenina (A), guanina (G), tymina (T) i cytozyna (C). Pary zasad azotowych na przeciwległych niciach są utrzymywane razem przez atrakcje zwane wiązaniami wodorowymi, które występują w określonym wzorze.

Każda adenina na jednej nici DNA tworzy dwa wiązania wodorowe z cząsteczką tyminy na nici komplementarnej i odwrotnie. Natomiast każda cząsteczka guaniny na jednej nici tworzy trzy wiązania wodorowe z cząsteczką cytozyny na drugiej nici i vice versa. W ten sposób dwie nici DNA są sklejone wiązaniami wodorowymi na całej swojej długości, tworząc „stopnie” spiralnych schodów, które są podwójną helisą.

Dlaczego nici DNA muszą być antyrównoległe?

Dwie komplementarne nici DNA, które tworzą dwuniciowy fragment DNA są opisane jako antyrównoległe względem siebie. Termin antyrównoległy oznacza, że podczas gdy obie nici są fizycznie równoległe do siebie, biegną w przeciwnych kierunkach – podobnie jak prawy i lewy pas ruchu na ulicy.

Innymi słowy, tam gdzie szkielet jednej nici DNA zaczyna się od cząsteczki cukru i kończy się grupą fosforanową, szkielet jej komplementarnej nici zaczyna się od grupy fosforanowej i kończy się cząsteczką cukru. Antyrównoległa orientacja dwóch nici DNA czyni DNA bardziej stabilnym strukturalnie i umożliwia komplementarne parowanie zasad, które utrzymuje nici DNA razem.

Kierunek każdej nici DNA jest istotny dla procesu kopiowania DNA (replikacja DNA) i odczytywania informacji zawartych w genach DNA (transkrypcja), ponieważ komórki mogą odczytywać DNA tylko w jednym kierunku. Tak jak my czytamy tekst tylko od lewej do prawej, tak komórki czytają DNA tylko zaczynając od końca cukrowego kręgosłupa i kończąc na końcu fosforanowym.