Дезоксирибонуклеїнова кислота, або ДНК, була відкрита в 1953 році Джеймсом Уотсоном, Френсісом Криком і Розалінд Франклін. Ця молекула розглядається як основна основа життя, оскільки вона містить інформацію для побудови білків і структур, необхідних усім організмам. ДНК кожної людини є унікальною з точки зору послідовності її тисяч індивідуальних азотистих основ пар, так само, як кожна книга містить слова, але жодна з двох книг не містить однакових речень або однакового впорядкування слова. Але вся ДНК приймає форму простої структури, подвійної спіралі, що складається з повторюваних рядів фосфатні групи, п'ятивуглецеві цукри та азотисті основи, схематично представлені як A, C, G та Т.
Моделі ДНК можуть бути побудовані з різноманітних повсякденних, легко доступних предметів. Такі моделі служать цінними інструментами для передачі основних деталей цього елегантного твору природи.
Основна структура ДНК
Подвійну спіраль можна уявити як дуже довгу, гнучку сходи, з боками сходів, скручених у протилежних напрямках з обох кінців, в результаті спіральна форма. "Ступінь" - це водневі зв'язки між сусідніми парами основ, причому А (аденин) зв'язується лише з Т (тиміном), а С (цитозин) - лише з G (гуаніном). Кожна основа зв'язується з п'ятивуглецевим цукром (S) навпроти свого водневого зв'язку, і ці цукри зв'язуються між собою вздовж боків "сходів" через фосфатну групу (Р) між ними.
Ступінь скручування важливо візуалізувати для цілей створення моделей молекули ДНК. Подвійна спіраль робить один повний "поворот" приблизно кожні п'ять-шість пар основ. Але будь-яка правильна модель повинна мати лише найважливіше: цукри, фосфати та основи повинні знаходитись у належних положеннях один щодо одного.
Моделі середньої школи: перероблені предмети
Дух збереження навколишнього середовища може проявитися у побудові моделей ДНК. Переглянувши схему, що деталізує основну структуру молекули, подумайте, скільки різних видів унікальних об’єктів потрібно, щоб зобразити довжину ДНК. (Відповідь шість: по одному для A, C, G, T, S і P.) Працюючи самостійно або в групах, складайте списки предмети в шкільних або домашніх сміттєвих контейнерах, які, ймовірно, можуть поєднуватися, щоб створити модель молекула.
Вибрані елементи повинні мати однаковий розмір і не надто великі, щоб створити точну модель. Наприклад, інший тип содової банки для кожної з чотирьох основ може бути поєднаний із використанням порцій яєчної коробки для цукрів та паличок для мороженого для фосфатних груп.
Моделі середньої школи: копання глибше в ДНК
При створенні більш досконалих моделей ДНК однією проблемою є пояснити, чому A може поєднуватися з Т і лише з Т, і подібним чином для С і G. (Відповідь полягає в тому, що на рівні їх тривимірної конформації в просторі, A, як правило, відповідає T так, як, скажімо, фрагменти головоломки.) Глиняна модель з гнучким дротом, що утворює хребет "ступенів" і "боків" - ідеальний спосіб представити це. Використовуйте різні кольори глини для чотирьох базових типів і придумайте різні правдоподібні форми для кожного; вони повинні бути лише послідовними та відповідати критеріям "підгонки частин головоломки".
Для додаткового кредиту сформулюйте гіпотези про те, що ДНК скручується у подвійну спіраль, а не залишається у базовій формі сходів. (Відповідь: позитивні та негативні заряди на різних молекулах приваблюють і відштовхують один одного такий спосіб гарантувати, що подвійна спіраль є єдиним способом існування молекули в стабільній форму.)