Deoxiribonukleinsyra, eller DNA, upptäcktes 1953 av James Watson, Francis Crick och Rosalind Franklin. Denna molekyl betraktas som den grundläggande grunden för livet, eftersom den innehåller informationen för att bygga proteiner och strukturer som krävs i alla organismer. Varje människas DNA är unikt när det gäller sekvensen för dess tusentals individuella kvävehaltiga bas par, precis som varje bok innehåller ord men inga två böcker innehåller samma meningar eller samma ordning ord. Men allt DNA har formen av en enkel struktur, en dubbel helix, bestående av en upprepande serie av fosfatgrupper, femkolssocker och kvävebaser, representerade schematiskt som A, C, G och T.
Modeller av DNA kan konstrueras av en mängd vardagliga, lättillgängliga föremål. Sådana modeller fungerar som värdefulla verktyg för att kommunicera det väsentliga i detta eleganta naturarbete.
Den grundläggande strukturen för DNA
En dubbel helix kan uppfattas som en mycket lång, flexibel stege med sidans sidor vridna i motsatta riktningar från båda ändar, vilket ger en spiralform. "Stegen" är vätebindningarna mellan intilliggande baspar, med A (adenin) som endast binder till T (tymin) och C (cytosin) som endast binder till G (guanin). Varje bas binder till ett fem-kolsocker (S) mittemot dess vätebindning, och dessa sockerarter binder till varandra längs sidorna av "stegen" via en fosfatgrupp (P) mellan dem.
Graden av vridningen är viktig att visualisera för att skapa modeller av DNA-molekylen. Den dubbla helixen gör en komplett "twist" ungefär var fem till sex baspar. Men varje korrekt modell behöver bara ha det väsentliga rätt: sockerarter, fosfater och baser måste alla vara i sina rätta positioner i förhållande till varandra.
Mellanskolamodeller: Återvunna föremål
En anda av miljöskydd kan dyka upp i byggandet av DNA-modeller. Efter att ha konsulterat ett diagram som beskriver molekylens grundläggande struktur, överväga hur många olika typer av unika föremål som behövs för att representera en längd av DNA. (Svaret är sex: vardera för A, C, G, T, S och P.) Arbeta ensam eller i grupper, kom med listor över föremål i återvinningsfack i skolan eller hemma som troligtvis kan passa ihop för att skapa en modell av molekyl.
De valda objekten måste ha samma storlek och inte alltför stora för att skapa en exakt modell. Till exempel kan en annan typ av läskburk för var och en av de fyra baserna kombineras med användning av portioner av äggkartonger för sockerarterna och ispinnarna för fosfatgrupperna.
Gymnasiemodeller: Gräva djupare i DNA
När man gör mer detaljerade DNA-modeller är en utmaning att förklara varför A kan para ihop, och endast med, T och liknande för C och G. (Svaret är att på nivån av deras tredimensionella konformation i rymden tenderar A att passa med T på sättet att säga, pusselbitar.) En lermodell med flexibel tråd som bildar ryggraden på "steget" och "sidorna" är ett perfekt sätt att representera detta. Använd olika färger av lera för de fyra bastyperna och kom med olika troliga former för var och en; de behöver bara vara konsekventa och uppfylla kriterierna för "pusselbitar passar".
För extra kredit, formulera hypoteser om anledningen till att DNA vrider sig till en dubbel helix snarare än att förbli i en grundläggande stegeform. (Svar: de positiva och negativa laddningarna på de olika molekylerna lockar och stöter varandra in ett sådant sätt att säkerställa att den dubbla spiralen är det enda sättet för molekylen att existera i en stall form.)