DNS-szerkezet

▪ A DNS-szál szerkezete. A szaggatott vonallal körülzárt területen a dezoxiribóz molekulák foszfodiészter-kötésekkel kapcsolt sorozata látható – ez a DNS gerince (dezoxiribózlánc, backbone). A vastag vonallal körberajzolt rész az egyik foszfodiészter-kötést jelöli; látható, hogy a kötés két dezoxiribóz egy-egy, a 3’, illetőleg az 5’-szénatomjához kapcsolódik, ezért beszélünk 3’, 5’-foszfodiészter-kötésről (a 3’-szénatom OH-ja egyesül az 5’-szénatom foszfátjával). (→foszfodiészter-kötés) Az 5’‑szénatomon kapcsolt dezoxiribóz a 3’-szénatomjával kötődik a következő dezoxiribóz 5’-szénatomjához stb. Értelemszerűen a sorozat két végén a dezoxiribóz csak egy-egy kötéssel kapcsolódik. A sorozat legfelső (upstream) tagjának 5’-szénatomján foszfát van – ezt nevezzük 5’-végnek –, a legalsó tagjának (downstream) 3’-szénatomján pedig OH – 3’-vég. (Nagyon ritkán előfordulhat, hogy az 5’-szénatomon OH csoport van – a foszforsavval észteresített foszfátcsoport nem alakul ki.) A foszfátnak és az OH-csoportnak is van töltése, ezért a nukleinsav töltéssel bíró molekula. A bázisok nem vesznek részt a gerinc kialakításában, kilógnak belőle; a dezoxiribózokhoz N-glikozidos kötésekkel kapcsolódnak (nyilakkal jelölve). A gerinc minden eleme egyforma, a hozzájuk kötődő bázisok sorrendje azonban változó. A DNS leírását 5’→3’ irányban adjuk meg a bázisok egybetűs betűszóival. Az ábrán látható szakasz: 5’ ACGT 3’ (adenin, citozin, guanin, timin). A DNS egészében a bázisok (a nukleotidok) milliói egymás mellett vannak semmi nem választja el őket. A DNS egyes elemeinek (gének, ismétlete stb.) tisztán tevékenységük szerinti. Az egységek szerkezeti alapon nem különülnek el.

▪ A kettős DNS-szál szerkezete. A két DNS-szálat a bázisok kapcsolják össze hidrogénkötésekkel. A gerinc a DNS külső, a bázisok a belső részét alkotják. A szemben lévő bázisok egymás kiegészítői (complementary bases), az egyik purinbázis, a másik pirimidinbázis, vagyis egy egygyűrűs és egy kétgyűrűs bázis kötődik össze. Kizárólag a kiegészítő bázispárok kapcsolódhatnak: az egyik DNS-szál adeninje (A) a másik timinjével (T) – A–T párosodás –, illetve az egyik guaninja (G) a másik citozinjával (C), G–C párosodás. A kiegészítő bázispárok szigorúan meghatározott társulása egyszerű térbeli elhelyezkedésükből adódik: csak az egymással szemben lévő adenin és timin, illetve guanin és citozin kerülnek olyan helyzetbe, hogy köztük hidrogénkötés alakuljon ki. Az adenin (A) és a timin (T) között két, a guanin (G) és a citozin (C) között három hidrogénkötés jön létre (H-val jelölve), ezért az utóbbi erősebb. Kétféle hidrogénkötés (N-H…O, N‑H…N) fordul elő; ezek kötéstávolsága különböző. A hidrogénkötés térben irányított, akkor a legerősebb, ha egyenes vonalú. Egyenes vonalúságának megtartása fontos a csavarulat kialakításában. A DNS-szálak végein egy-egy kötetlen 5’- és 3’-szénatom van. Kinagyított részlet, amelyen jól látható, hogy a szemközti nukleotidok egymástól pontosan meghatározott távolságra (1,085 nm) vannak, de nem pontosan szemben, aminek következtében az egymással bezárt szögük az egyik oldalon nagyobb, a másikon kisebb, mint 180^o (szaggatott vonallal jelölve). A DNS feltekeredett állapotában a nagyobb szögnél nagyobb, a kisebb szögnél kisebb behúzódás keletkezik. Az előbbit nagy ároknak, az utóbbit kis ároknak nevezzük.