Deoxyribonucleïnezuur, of DNA, werd in 1953 ontdekt door James Watson, Francis Crick en Rosalind Franklin. Dit molecuul wordt beschouwd als de fundamentele basis voor het leven, omdat het de informatie bevat voor het bouwen van eiwitten en structuren die nodig zijn in alle organismen. Het DNA van elk mens is uniek in termen van de volgorde van zijn duizenden individuele stikstofbases paren, net zoals elk boek woorden bevat, maar geen twee boeken bevatten dezelfde zinnen of dezelfde volgorde van woorden. Maar al het DNA heeft de vorm van een eenvoudige structuur, een dubbele helix, bestaande uit een zich herhalende reeks van fosfaatgroepen, vijf-koolstofsuikers en stikstofbasen, schematisch weergegeven als A, C, G en T.
Modellen van DNA kunnen worden geconstrueerd uit een verscheidenheid aan alledaagse, gemakkelijk verkrijgbare items. Dergelijke modellen dienen als waardevolle instrumenten om de essentie van dit elegante werk van de natuur over te brengen.
De basisstructuur van DNA
Een dubbele helix kan worden opgevat als een zeer lange, flexibele ladder, waarbij de zijkanten van de ladder vanaf beide uiteinden in tegengestelde richting zijn gedraaid, met als resultaat een spiraalvorm. De "sporten" zijn de waterstofbruggen tussen aangrenzende basenparen, waarbij A (adenine) alleen bindt aan T (thymine) en C (cytosine) alleen bindt aan G (guanine). Elke base bindt aan een vijf-koolstofsuiker (S) tegenover zijn waterstofbinding, en deze suikers binden aan elkaar langs de zijkanten van de "ladder" via een fosfaatgroep (P) ertussen.
De mate van de draaiing is belangrijk om te visualiseren voor het maken van modellen van het DNA-molecuul. De dubbele helix maakt ongeveer elke vijf tot zes basenparen een volledige "draai". Maar elk correct model hoeft alleen de essentiële rechten te hebben: de suikers, fosfaten en basen moeten allemaal in hun juiste positie ten opzichte van elkaar zijn.
Middelbare schoolmodellen: gerecyclede artikelen
Een geest van milieubehoud kan opduiken in het bouwen van DNA-modellen. Na het raadplegen van een diagram waarin de basisstructuur van het molecuul wordt beschreven, bedenk dan hoeveel verschillende soorten unieke objecten er nodig zijn om een lengte van het DNA weer te geven. (Het antwoord is zes: één voor A, C, G, T, S en P.) Werk alleen of in groepen en maak lijsten met items in school- of thuisrecyclingbakken die op plausibele wijze in elkaar passen om een model van de molecuul.
De geselecteerde items moeten even groot zijn, en niet overdreven groot, om een nauwkeurig model te maken. Zo zou voor elk van de vier bodems een ander soort frisdrankblikje kunnen worden gecombineerd met het gebruik van porties eierdozen voor de suikers en ijslollystokjes voor de fosfaatgroepen.
Middelbare schoolmodellen: dieper graven in DNA
Bij het maken van uitgebreidere DNA-modellen is het een uitdaging om uit te leggen waarom A zou kunnen paren met, en alleen met, T en op dezelfde manier voor C en G. (Het antwoord is dat op het niveau van hun driedimensionale conformatie in de ruimte, A de neiging heeft om bij T te passen op de manier van, laten we zeggen, puzzelstukjes.) Een kleimodel met flexibele draad die de ruggengraat vormt van de "sporten" en de "zijkanten" is een ideale manier om dit. Gebruik verschillende kleuren klei voor de vier basistypen en bedenk voor elk verschillende plausibele vormen; ze hoeven alleen maar consistent te zijn en te voldoen aan de criteria voor "puzzelstukjes passen".
Voor extra krediet, vorm hypothesen over de reden dat DNA zichzelf in een dubbele helix verdraait in plaats van in een basisladdervorm te blijven. (Antwoord: de positieve en negatieve ladingen op de verschillende moleculen trekken elkaar aan en stoten elkaar af) een zodanige manier om ervoor te zorgen dat de dubbele helix de enige manier is waarop het molecuul in een stal kan bestaan het formulier.)