Desoxyribonukleinsäure oder DNA wurde 1953 von James Watson, Francis Crick und Rosalind Franklin entdeckt. Dieses Molekül gilt als grundlegende Lebensgrundlage, da es die in allen Organismen benötigten Informationen zum Aufbau von Proteinen und Strukturen enthält. Die DNA jedes Menschen ist einzigartig in der Abfolge ihrer tausenden einzelnen stickstoffhaltigen Basen Paare, so wie jedes Buch Wörter enthält, aber keine zwei Bücher die gleichen Sätze oder die gleiche Reihenfolge enthalten Wörter. Aber alle DNA hat die Form einer einfachen Struktur, einer Doppelhelix, bestehend aus einer sich wiederholenden Reihe von Phosphatgruppen, Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen und stickstoffhaltige Basen, schematisch dargestellt als A, C, G und T.
DNA-Modelle können aus einer Vielzahl von alltäglichen, leicht verfügbaren Gegenständen konstruiert werden. Solche Modelle dienen als wertvolle Werkzeuge, um das Wesentliche dieses eleganten Naturwerks zu vermitteln.
Die Grundstruktur der DNA
Eine Doppelhelix kann man sich als sehr lange, flexible Leiter vorstellen, bei der die Seiten der Leiter von beiden Enden gegenläufig verdreht sind, so dass eine Spiralform entsteht. Die "Sprossen" sind die Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Basenpaaren, wobei A (Adenin) nur an T (Thymin) und C (Cytosin) nur an G (Guanin) bindet. Jede Base bindet an einen Fünf-Kohlenstoff-Zucker (S) gegenüber seiner Wasserstoffbrücke, und diese Zucker binden sich entlang der Seiten der "Leiter" über eine Phosphatgruppe (P) zwischen ihnen.
Es ist wichtig, den Grad der Verdrehung zu visualisieren, um Modelle des DNA-Moleküls zu erstellen. Die Doppelhelix macht etwa alle fünf bis sechs Basenpaare eine vollständige "Drehung". Aber jedes richtige Modell muss nur das Wesentliche stimmen: Die Zucker, Phosphate und Basen müssen alle in ihrer richtigen Position zueinander sein.
Mittelschulmodelle: Recyclingartikel
Ein Geist des Umweltschutzes kann sich beim Bau von DNA-Modellen zeigen. Nachdem Sie sich ein Diagramm angesehen haben, das die Grundstruktur des Moleküls detailliert beschreibt, überlegen Sie, wie viele verschiedene Arten von einzigartigen Objekten erforderlich sind, um eine DNA-Länge darzustellen. (Die Antwort ist sechs: je eine für A, C, G, T, S und P.) Arbeiten Sie allein oder in Gruppen und erstellen Sie Listen mit Gegenstände in Mülleimern in der Schule oder zu Hause, die plausibel zusammenpassen könnten, um ein Modell des Molekül.
Die ausgewählten Elemente müssen eine ähnliche Größe haben und dürfen nicht zu groß sein, um ein genaues Modell zu erstellen. Zum Beispiel könnte eine andere Art von Getränkedose für jede der vier Basen mit der Verwendung von Portionen Eierkartons für die Zucker und Eis am Stiel für die Phosphatgruppen kombiniert werden.
High-School-Modelle: tiefer in die DNA eintauchen
Bei der Erstellung aufwändigerer DNA-Modelle besteht eine Herausforderung darin, zu erklären, warum A mit und nur mit T und ähnlich für C und G paaren könnte. (Die Antwort ist, dass A auf der Ebene ihrer dreidimensionalen Konformation im Raum dazu tendiert, mit T in der Weise zu passen, dass, sagen wir, Puzzleteile.) Ein Tonmodell mit flexiblem Draht, der das Rückgrat der "Sprossen" und der "Seiten" bildet, ist eine ideale Darstellungsform diese. Verwenden Sie verschiedene Tonfarben für die vier Grundtypen und überlegen Sie sich für jeden verschiedene plausible Formen; sie müssen nur konsistent sein und die Kriterien „passende Puzzleteile“ erfüllen.
Für zusätzliche Anerkennung stellen Sie Hypothesen über den Grund auf, warum sich die DNA in eine Doppelhelix verdreht, anstatt in einer einfachen Leiterform zu bleiben. (Antwort: Die positiven und negativen Ladungen der verschiedenen Moleküle ziehen sich an und stoßen sich gegenseitig ab um sicherzustellen, dass die Doppelhelix die einzige Möglichkeit für das Molekül ist, in einem stabilen bilden.)