Пары оснований

Каждая ступенька лестницы ДНК поднимается на 0.34 нм, и десять ступенек составляют полный виток высотой 3.4 нм.

Закрученная лестница

NHGRI сравнивает ДНК с лестницей, закрученной в спираль. Две боковые стойки представляют собой цепочки из чередующихся сахара и фосфата, а каждая ступенька состоит из двух оснований, которые держатся друг за друга. Основания соединяются не как попало. Аденин всегда образует пару с тимином, а гуанин всегда образует пару с цитозином. Поэтому если одна цепь читается как ATGC, то цепь напротив обязательно читается как TACG. Достаточно знать одну сторону, чтобы записать другую.

Почему именно такие пары? Основания бывают двух форм. Аденин и гуанин относятся к пуринам, у них два соединённых кольца. Цитозин и тимин относятся к пиримидинам, у них одно кольцо. В каждой ступеньке один пурин и один пиримидин, поэтому все ступеньки одной длины и спираль по всей длине сохраняет одинаковую ширину. Партнёров удерживают водородные связи, слабые притяжения: по одной их легко разорвать, но вместе они прочны. У A и T две водородные связи, у G и C три. Включи в модели «Названия частей» и коснись ступеньки, чтобы увидеть связи.

Числа спирали

Размеры, использованные в модели, взяты из учебника OpenStax Biology. Диаметр спирали 2 нм. Каждая пара оснований находится на 0.34 нм выше предыдущей, а полный виток имеет высоту 3.4 нм, поэтому на виток приходится 3.4 ÷ 0.34 = 10 пар оснований. Нанометр составляет миллионную долю миллиметра. 27 пар оснований модели имеют длину 27 × 0.34 = 9.18 нм, это чуть меньше трёх витков.

Кроме того, две цепи направлены в противоположные стороны. Химики нумеруют атомы углерода в сахаре, и один конец цепи заканчивается на 5′-атоме углерода, а другой на 3′-атоме. Напротив 5′-конца одной цепи находится 3′-конец другой. Это называется антипараллельностью. Остовы расположены не точно друг напротив друга, поэтому при закручивании вокруг спирали образуются широкая и узкая бороздки. Белки используют их как места, за которые можно ухватиться и прочитать основания.

Спаривание оснований позволяет ДНК копировать себя

Когда клетка готовится к делению, спираль расходится посередине на две одиночные цепи. Затем каждая цепь служит матрицей. Напротив каждого T добавляется A, напротив каждого G добавляется C и так далее, пока у каждого основания снова не появится партнёр. В результате получаются две двойные спирали, и каждая точно копирует исходную. В каждой копии одна цепь старая, а другая построена заново, поэтому биологи называют репликацию полуконсервативной. В модели старые цепи бежевые, а новые синие, так что за ними легко следить.