高校 · 25分

DNA二重らせんを組み立てる

理想化したDNAのはしごを回転させ、糖–リン酸骨格、A–T・G–C の横段を見極め、2本の鎖が逆方向に走る理由を考える。

目的

2本の骨格らせんと塩基対の横段を見つけ、モデル中で塩基対あたりの上昇とねじれ（約0.34 nm、約36°）を数える。

器具と試薬

仮想モデルキット：骨格球と文字付き塩基で組んだ10塩基対のらせん。他に何もいらない。

手順

らせん軸を真上から見るまで回転する：10段の横段が螺旋階段のように重なる。
A–T と表示された段と G–C の段を見つける。すべての段がプリン（青・二環）とピリミジン（赤・一環）を対にするので幅が一定になる。
一方のオレンジの鎖を下から上へたどり、もう一方もたどる：互いに逆方向に螺旋を描く（反平行）。
モデルの 360° 一回転に含まれる塩基対を数える——約10対で、実際の B-DNA と一致する。

観察すること

骨格（オレンジ）は外側にあり、塩基対は内部に埋まって水から守られている。
すべての横段は同じ長さ：プリン–ピリミジン対がらせんを一様に渡るので、A は常に T と、G は C と対になる。
ある横段のそばで、2本の鎖は逆向きを向く——反平行鎖の特徴である。

解説

DNA が情報を蓄えられるのは、骨格が汎用的（糖–リン酸の繰り返し）であるのに対し、横段が特異的だからである。A は2本の水素結合で T と、G は3本で C と対をなすため、一方の鎖の配列が相補鎖を決定する。二環のプリンと一環のピリミジンが常に対になることで直径 2 nm が保たれ、A–C のようなミスペアは膨らみとなって修復酵素に見つかる。

実験の歴史

ワトソンとクリックの1953年の二重らせんは、ロザリンド・フランクリンの写真51番とチャーガフの塩基比に依拠した。フランクリンのX線データが同軸の2本のらせんを示した。彼女は1958年に亡くなり、1962年のノーベル賞はワトソン、クリック、ウィルキンズが分かち合った。

ゆかりの化学者

ロザリンド・フランクリンライナス・ポーリング