Basenpaare

Jede Stufe der DNA-Leiter steigt um 0.34 nm, und zehn Stufen ergeben eine volle Windung von 3.4 nm.

Eine verdrehte Leiter

Das NHGRI vergleicht die DNA mit einer Leiter, die zu einer Spirale verdreht ist. Die beiden Holme sind Ketten aus abwechselnd Zucker und Phosphat, und jede Sprosse besteht aus zwei Basen, die sich aneinander festhalten. Die Basen paaren sich nicht zufällig. Adenin paart sich immer mit Thymin und Guanin immer mit Cytosin. Wenn ein Strang also ATGC lautet, muss der gegenüberliegende Strang TACG lauten. Wer eine Seite kennt, kann die andere aufschreiben.

Warum gerade diese Paare? Die Basen gibt es in zwei Formen. Adenin und Guanin sind Purine mit zwei verbundenen Ringen. Cytosin und Thymin sind Pyrimidine mit nur einem Ring. Jede Sprosse hat ein Purin und ein Pyrimidin, deshalb sind alle Sprossen gleich lang und die Helix bleibt überall gleich breit. Die beiden Partner werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten, schwache Anziehungskräfte, die einzeln leicht zu lösen, zusammen aber stark sind. A und T sind durch zwei Wasserstoffbrücken verbunden, G und C durch drei. Schalte im Modell Beschriftung ein und tippe auf eine Sprosse, um die Bindungen zu sehen.

Die Maße der Helix

OpenStax Biology nennt die Maße, die im Modell verwendet werden. Die Helix ist 2 nm breit. Jedes Basenpaar liegt 0.34 nm über dem darunter, und eine volle Windung ist 3.4 nm hoch. Auf eine Windung kommen also 3.4 ÷ 0.34 = 10 Basenpaare. Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Die 27 Basenpaare im Modell sind 27 × 0.34 = 9.18 nm lang, knapp drei Windungen.

Die beiden Stränge laufen außerdem in entgegengesetzte Richtungen. Chemiker nummerieren die Kohlenstoffatome des Zuckers: Ein Strang endet auf der einen Seite am 5′-Kohlenstoff, auf der anderen am 3′-Kohlenstoff. Über die Sprossen hinweg liegt das 5′-Ende des einen Strangs neben dem 3′-Ende des anderen. Das nennt man antiparallel. Da sich die Rückgrate nicht genau gegenüberliegen, entstehen durch die Verdrehung eine große und eine kleine Furche, die sich um die Helix winden. Proteine nutzen sie, um dort anzudocken und die Basen abzulesen.

Durch die Paarung kopiert sich die DNA

Wenn sich eine Zelle auf die Teilung vorbereitet, spaltet sich die Helix in der Mitte in zwei Einzelstränge. Jeder Strang dient dann als Vorlage. Gegenüber jedem T wird ein A angefügt, gegenüber jedem G ein C und so weiter, bis jede Base wieder einen Partner hat. Das Ergebnis sind zwei Doppelhelices, jede eine exakte Kopie des Originals. In jeder Kopie ist ein Strang alt und einer neu gebaut, deshalb nennen Biologen die Replikation semikonservativ. Im Modell sind die alten Stränge beige und die neuen blau, damit du sie verfolgen kannst.