В молекулярной биологии термин « двойная спираль » [1] относится к структуре, образованной двухцепочечными молекулами нуклеиновых кислот , такими как ДНК . Двойная спираль комплекса нуклеиновых кислот возникает как следствие его вторичной структуры и является основным компонентом, определяющим его третичную структуру . Этот термин вошел в популярную культуру с публикацией в 1968 году книги Джеймса Уотсона «Двойная спираль : личный отчет об открытии структуры ДНК » .
Биополимер двойной спирали ДНК нуклеиновой кислоты удерживается вместе нуклеотидами , которые образуют пары оснований . [2] В B-ДНК , наиболее распространенной двойной спиральной структуре, встречающейся в природе, двойная спираль является правосторонней с примерно 10–10,5 парами оснований на виток. [3] Структура двойной спирали ДНК содержит большую и малую бороздки . В B-ДНК большая бороздка шире малой. [2] Учитывая разницу в ширине большой и малой борозд, многие белки, которые связываются с В-ДНК, делают это через более широкую большую бороздку. [4]
Модель двойной спирали структуры ДНК была впервые опубликована в журнале Nature Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 г. [5] (координаты X, Y, Z в 1954 г. [6] ) на основе работы Розалинды Франклин и ее ученицы . Рэймонд Гослинг , который сделал важное рентгеновское дифракционное изображение ДНК, помеченное как « Фото 51 », [7] [8] , а также Морис Уилкинс , Александр Стоукс и Герберт Уилсон [9] , а также химическую и биохимическую информацию о спаривании оснований Эрвин Чаргафф. [10] [11] [12] [13] [14] [15] Предыдущая модель представляла собой трехцепочечную ДНК . [16]
Осознание того, что структура ДНК представляет собой двойную спираль, прояснило механизм спаривания оснований , с помощью которого генетическая информация хранится и копируется в живых организмах, и широко считается одним из самых важных научных открытий 20 века. Крик, Уилкинс и Уотсон получили по одной трети Нобелевской премии 1962 года по физиологии и медицине за свой вклад в открытие. [17]
Гибридизация — это процесс связывания комплементарных пар оснований с образованием двойной спирали. Плавление — это процесс, при котором взаимодействия между цепями двойной спирали разрываются, разделяя две цепи нуклеиновой кислоты. Эти связи слабы, легко разъединяются легким нагреванием, ферментами или механической силой. Плавление происходит предпочтительно в определенных точках нуклеиновой кислоты. [18] Области, богатые T и A , плавятся легче, чем области, богатые C и G. Некоторые базовые ступени (пары) также подвержены плавлению ДНК, такие как TA и TG . [19]Эти механические особенности отражены в использовании последовательностей, таких как ТАТА , в начале многих генов, чтобы помочь РНК-полимеразе расплавить ДНК для транскрипции.
Разделение цепей при осторожном нагревании, как это используется в полимеразной цепной реакции (ПЦР), является простым, если молекулы имеют менее примерно 10 000 пар оснований (10 пар килобаз или 10 т.п.н.). Переплетение нитей ДНК затрудняет разделение длинных сегментов. Клетка избегает этой проблемы, позволяя своим ферментам плавления ДНК ( хеликазам ) работать одновременно с топоизомеразами , которые могут химически расщеплять фосфатный остов одной из цепей, чтобы он мог вращаться вокруг другой. Геликазы раскручивают нити, чтобы облегчить продвижение ферментов, считывающих последовательность, таких как ДНК-полимераза .