Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή DNA, ανακαλύφθηκε το 1953 από τους James Watson, Francis Crick και Rosalind Franklin. Αυτό το μόριο θεωρείται ως η θεμελιώδης βάση για τη ζωή, καθώς περιέχει τις πληροφορίες για την οικοδόμηση πρωτεϊνών και δομών που απαιτούνται σε όλους τους οργανισμούς. Το DNA κάθε ανθρώπου είναι μοναδικό ως προς την ακολουθία των χιλιάδων ατομικών αζωτούχων βάσεων ζευγάρια, όπως κάθε βιβλίο περιέχει λέξεις, αλλά κανένα βιβλίο δεν περιέχει τις ίδιες προτάσεις ή την ίδια σειρά λόγια. Όμως όλο το DNA έχει τη μορφή μιας απλής δομής, μιας διπλής έλικας, που αποτελείται από μια επαναλαμβανόμενη σειρά φωσφορικές ομάδες, σάκχαρα πέντε-άνθρακα και αζωτούχες βάσεις, που αντιπροσωπεύονται σχηματικά ως A, C, G και Τ.
Μοντέλα DNA μπορούν να κατασκευαστούν από μια ποικιλία καθημερινών, άμεσα διαθέσιμων αντικειμένων. Τέτοια μοντέλα χρησιμεύουν ως πολύτιμα εργαλεία για την επικοινωνία των βασικών στοιχείων αυτού του κομψού έργου της φύσης.
Η βασική δομή του DNA
Μια διπλή έλικα μπορεί να εκληφθεί ως μια πολύ μεγάλη, εύκαμπτη σκάλα, με τις πλευρές της σκάλας να στρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις και από τα δύο άκρα, με αποτέλεσμα να είναι σπειροειδές σχήμα. Τα "σκαλοπάτια" είναι οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ γειτονικών ζευγών βάσεων, με την Α (αδενίνη) να συνδέεται μόνο με την Τ (θυμίνη) και την C (κυτοσίνη) που συνδέεται μόνο με την G (γουανίνη). Κάθε βάση συνδέεται με ένα σάκχαρο πέντε ατόμων άνθρακα (S) απέναντι από τον δεσμό υδρογόνου του και αυτά τα σάκχαρα συνδέονται μεταξύ τους κατά μήκος των πλευρών της «σκάλας» μέσω μιας φωσφορικής ομάδας (Ρ) μεταξύ τους.
Ο βαθμός της συστροφής είναι σημαντικός για την απεικόνιση για σκοπούς κατασκευής μοντέλων του μορίου DNA. Η διπλή έλικα κάνει ένα πλήρες "στρίψιμο" για κάθε πέντε έως έξι ζεύγη βάσεων. Όμως, οποιοδήποτε σωστό μοντέλο πρέπει να έχει μόνο τα απαραίτητα: τα σάκχαρα, τα φωσφορικά άλατα και οι βάσεις πρέπει να βρίσκονται όλες στις κατάλληλες θέσεις μεταξύ τους.
Μοντέλα Γυμνασίου: Ανακυκλωμένα είδη
Ένα πνεύμα διατήρησης του περιβάλλοντος μπορεί να εμφανιστεί στη δημιουργία μοντέλων DNA. Αφού συμβουλευτείτε ένα διάγραμμα που περιγράφει λεπτομερώς τη βασική δομή του μορίου, σκεφτείτε πόσα διαφορετικά είδη μοναδικών αντικειμένων χρειάζονται για να αντιπροσωπεύσετε ένα μήκος DNA. (Η απάντηση είναι έξι: το καθένα για A, C, G, T, S και P.) Δουλεύοντας μόνος ή σε ομάδες, βρείτε καταλόγους αντικείμενα σε κάδους ανακύκλωσης σχολείου ή σπιτιού που μπορεί να ταιριάζουν εύλογα για να δημιουργήσουν ένα μοντέλο του μόριο.
Τα επιλεγμένα αντικείμενα πρέπει να έχουν παρόμοιο μέγεθος και όχι υπερβολικά μεγάλο για να δημιουργήσουν ένα ακριβές μοντέλο. Για παράδειγμα, ένας διαφορετικός τύπος δοχείου σόδας για καθεμία από τις τέσσερις βάσεις θα μπορούσε να συνδυαστεί με τη χρήση μερίδων χαρτοκιβωτίων αυγών για τα σάκχαρα και ραβδιών για τη φωσφορική ομάδα.
Μοντέλα Λυκείου: Σκάψιμο βαθύτερου DNA
Όταν δημιουργείτε πιο περίπλοκα μοντέλα DNA, μια πρόκληση είναι να εξηγήσετε γιατί το Α μπορεί να ζευγαρωθεί με, και μόνο με, Τ και παρόμοια για τους C και G. (Η απάντηση είναι ότι στο επίπεδο της τρισδιάστατης διαμόρφωσής τους στο διάστημα, το Α τείνει να ταιριάζει με το Τ με τον τρόπο, ας πούμε, κομμάτια παζλ.) Ένα πηλό μοντέλο με εύκαμπτο σύρμα που σχηματίζει τη σπονδυλική στήλη των «βαθμίδων» και των «πλευρών» είναι ένας ιδανικός τρόπος για να Αυτό. Χρησιμοποιήστε διαφορετικά χρώματα από πηλό για τους τέσσερις τύπους βάσης και βρείτε διαφορετικά εύλογα σχήματα για κάθε ένα. Χρειάζονται μόνο να είναι συνεπείς και να πληρούν τα κριτήρια "κομμάτια παζλ".
Για επιπλέον πίστωση, διαμορφώστε υποθέσεις σχετικά με το λόγο που το DNA στρέφεται σε μια διπλή έλικα αντί να παραμένει σε ένα βασικό σχήμα σκάλας. (Απάντηση: τα θετικά και αρνητικά φορτία στα διάφορα μόρια προσελκύουν και απωθούν μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλιστεί ότι η διπλή έλικα είναι ο μόνος τρόπος για να υπάρχει το μόριο σε ένα σταθερό μορφή.)