A DNS-szálak antiparallel szerkezete

A DNS molekulaszerkezetét bemutató videóban láttuk a DNS jellegzetes kétszálú szerkezetét, és a szálak vázát alkotó foszfátcsoportokat, amelyek között... Ezt másik színnel jelölöm. a foszfátcsoportot egy cukor követi. Itt egy foszfátcsoport, utána egy cukor. Majd ismét egy foszfátcsoport, és megint egy cukor. A láncot így is ábrázolhatnánk: egy foszfátcsoport, majd egy cukor. Hadd rajzoljam fel előbb az összes foszfátcsoportot. Innen kezdem a foszfátokat, azután közéjük rajzolom a cukrokat. Ugyanígy épül fel a másik szál is: itt egy foszfátcsoport, majd egy cukor, aztán egy másik foszfátcsoport és egy újabb cukor és megint egy foszfátcsoport. Bekarikázom a cukrokat is. Itt egy cukor, itt egy másik. Tehát a másik szál is így néz ki. Iderajzolom a foszfátcsoportokat, kihagyom a közöttük a helyet. Megvannak a foszfátok, jöhetnek a cukrok a foszfátcsoportok közé. Amik a láncokat összekötik, mint a létra két oldalát a fokok, azok a komplementer nitrogéntartalmú bázisok. Azért nevezik őket nitrogéntartalmú bázisoknak, (erről elfelejtettem beszélni az előző videókban) mert ezeknek a nitrogénatomoknak nagyon nagy az elektronegativitása, és képesek protonfelvételre a nemkötő elektronpárjuk révén. A nitrogénatomokban van egy nemkötő elektronpár, amely megfelelő körülmények között, további protonok megkötésére alkalmas. Sokan azt kérdezik: ha ezek itt nitrogéntartalmú bázisok, akkor miért nevezzük a DNS-t savnak? Nos, először is, a bázikus jelleget erősen csökkenti az a tényező, hogy ezek a bázisok egymással hidrogénkötéseket tudnak kialakítani. Valójában az alakítja ki a létra fokait, hogy ezek a kiegészítő bázisok hidrogénkötésekkel összekapcsolódnak. Ezen túlmenően, az elnevezés fő indoka az, hogy a foszfátcsoportok protonált állapotban savas jellegűek. Azért szoktuk őket deprotonált formában ábrázolni, mert annyira erős a savas jellegük, hogy semleges oldatba kerülve deprotonálódnak. Tehát valószínűbb, hogy ebben a formában találhatók meg a sejtmagban, ahol már deprotonálódtak. A foszfátcsoportokat általában savas jellegűnek tekintjük. Ha egy különálló foszfátcsoportot rajzolnék, (erről már beszéltem a legutóbbi videóban), akkor protonált formában ábrázolnám, nem tüntetnék fel rajta negatív töltést, mint most. Ezzel csak röviden utaltam a legutóbbi videóra. Most, hogy már elkezdtem az elméleti háttérről beszélni, folytassuk tovább ezzel. Vegyük szemügyre a nitrogéntartalmú bázisokat. Ez itt a timin. A timint bekarikázom zölddel. Ez tehát a timin. Ide kapcsolódik a timin. A timin kiegészítő bázisa az adenin. Ezt pedig... úgy látom, lassan kifogyok a színekből. Szóval az adenin legyen narancssárga, mivel olyan sok benne a nitrogén. Ez a hidrogén is beletartozik. Szóval ez itt az adenin. Ezek hidrogénkötésekkel kapcsolódnak össze, mivel részleges negatív, illetve pozitív töltéseikkel vonzzák egymást. Térjünk át a létra alsó fokára, itt lent. Itt mi a helyzet? Itt van egy... most már tényleg kifogyok a színekből. Ez a nitrogéntartalmú bázis a citozin, amely a guaninnal alkot párt. Ez lesz a guanin színe. Tehát a guaninnal áll párban. Ezt már a bevezető videóban is láttuk. Mondhatnád, hogy a két szál párhuzamosnak tűnik, és ez bizonyos értelemben így is van. Feltűnhet azonban egy másik érdekesség is: a szálak lefutásának iránya. Azt hiszem, ez a leghelyesebb kifejezés. Ez különösen a cukrokon szembetűnő. Figyeljük meg a dezoxiribózokat, vagyis a nukleotidok azon részét, amit a dezoxiribóz alkot. Az oxigénatomjaik legfelül láthatók, az öttagú gyűrűk tetején. Az oxigén van felül. A másik oldalon viszont az oxigén van alul, vagyis ellentétes az állásuk. Az oxigén itt felfelé áll, itt pedig lefelé. Egy kicsit részletesebben is megnézhetjük, megszámozhatjuk a dezoxiribóz szénatomjait, és a szénatomok sorszámai alapján határozzuk meg a különböző irányokat. Tehát számozzuk meg a szénatomokat. Ezek itt ribózmolekulák. A DNS szerkezetében viszont dezoxiribózzal találkozunk, amiben a hidroxilcsoport helyén a második szénatomonon csak egy hidrogén van. Kezdjük el a számozást. Ez az 1' szénatom, a karbonilcsoport része. Ezt más színnel jelölöm. Tehát ez az 1' szénatom. A karbonilcsoporttól kezdem a számozást. 1', 2', 3', 4', 5'. A gyűrűs alakban pedig ez az 1', ez a 2', ez a 3' ez a 4'. és ez az 5'. Ha itt számozunk, ezen az ábrán, vagyis a DNS molekulában, akkor ez az 1', ez a 2' szénatom, ez a 3' szénatom, ez a 4' szénatom, és ez az 5' szénatom. Tehát tekintheted ezt a következőképp: egy foszfátcsoporttal kezdődik, amely úgynevezett foszfodiészter kötéseket alakít ki. A foszfodiészter kötések tartják össze a lánc vázát. A foszfátcsoport egy cukor 5' szénatomjához kapcsolódik, majd ennek a cukornak a 3' szénatomjához jutunk, amely a következő foszfáthoz kapcsolódik. Ezután ismét egy 5' szénatom következik. Ezt is bejelölöm. Ismét egy 3' szénatom jön. Ez a számozásól következik, amit az 1' szénatomtól kezdtünk, amely a nyílt láncú alakban a karbonilcsoport része. Az 5' szénatom után itt a foszfát, az 5', majd a 3', foszfát, 5', 3', foszfát. A lánc iránya tehát eképpen is megadható: „az 5' -től a 3' felé”. Vagyis mondhatjuk úgy is, hogy: „az 5' -től a 3' felé haladunk” ebben az irányban a bal oldali láncban. Hogyan megy ugyanez a jobb oldali láncban? Ezt is számozzuk be. Ez tehát az 1' szénatom. Itt az előbbihez képest minden fejjel lefelé van fordítva. Tehát 1', 2', 3', 4', 5'. Itt fent is megszámozom. 1' szénatom, 2' szénatom, 3' szénatom, 4' szénatom, 5' szénatom. Induljunk el a fenti foszfátcsoporttól. 3', 5', foszfát. 3', 5', foszfát. Tehát a cukormolekulák állása szerint fentről lefelé haladva, ahogyan itt látható, 3' irányból 5' irányba haladunk. Tehát a jobb oldalon ez az irány vezet a 3'-től az 5' felé. Ha nyíllal jelöljük az irányt 5'-től 3' felé, akkor így mutatna. Vagyis ezek a részek párhuzamosak, de a lefutásuk iránya ellentétes. Noha a szálak párhuzamosak, a DNS szerkezete antiparallel (ellentétesen párhuzamos) jellegű. Ez a DNS antiparallel szerkezete. A két szál kiegészíti egymást. Kölcsönösen meghatározzák egymást. A timin az adeninnel alakít ki kötést, a citozin pedig a guaninnal. Egymáshoz rögzítik őket ezek a hidrogénkötések. A két váz azonban ellentétes lefutású. Még egy érdekesség: ha már a DNS molekulaszerkezetéről beszélünk hogyan alakul ki mindez? Honnan tudják ezek a részek, hogyan rendeződjenek el? Ez részben annak köszönhető, hogy a foszfátcsoportok negatív töltésűek. Ezek a negatívan töltött részek igyekeznek olyan távolra kerülni egymástól, amennyire csak lehetséges. Úgy helyezkednek el, hogy messze legyenek egymástól. Ezek hosszú, nagyon-nagyon hosszú molekulák. A DNS-t bemutató bevezető videóban beszéltünk arról, milyen hosszúak a kromoszómák, és hány bázispárt tartalmaznak. Ezekben a hosszú molekulákban a láncok minden foszfátcsoportja igyekszik egymástól távol kerülni. A többi rész viszont egymás közelébe törekszik a hidrogénkötések miatt. Így alakul ki a létraszerű szerkezet. A DNS csodálatos molekula, napokig beszélhetnénk róla. Tényleg elképesztő arra gondolni, hogyan határozza meg létezésünket. Remélem, hogy ez segített mindezt molekuláris szinten is megérteni! Nem tudom rendesen kiejteni. Molekulárisan.