How big is DNA?

DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy, to cząsteczka, która przechowuje informację genetyczną w żywych komórkach i przekazuje ją dalej. Ma kształt drabiny skręconej w spiralę, zwaną podwójną helisą, a ta helisa ma około 2 nanometrów szerokości. Nanometr to miliardowa część metra.

Rozmiar

Rozmiar DNA zwykle oznacza szerokość jego podwójnej helisy, mierzoną w poprzek obu skręconych nici. Każda nić to łańcuch małych jednostek zwanych nukleotydami. Obie nici są połączone parami zasad chemicznych, które tworzą szczeble drabiny.

Najczęstsza w komórkach forma DNA, zwana B-DNA, ma od 1,9 do 2 nanometrów szerokości. Sąsiednie pary zasad leżą w odstępie 0,34 nanometra wzdłuż helisy, a helisa wykonuje jeden pełny obrót mniej więcej co 10 par zasad, czyli co 3,4 nanometra. DNA występuje też w dwóch znacznie rzadszych formach, zwanych A-DNA i Z-DNA, które są skręcone inaczej.

Długość DNA zależy od cząsteczki. Ludzki chromosom 22, jeden z najmniejszych, jest pojedynczą cząsteczką DNA złożoną z około 48 milionów par zasad. Rozciągnięty miałby około 1,5 centymetra długości.

Porównania rozmiarów

• Około 40 000–50 000 podwójnych helis DNA ułożonych obok siebie zmieściłoby się na szerokości ludzkiego włosa.
• Dwuwarstwa lipidowa tworząca błony komórkowe ma około 5 nanometrów grubości, czyli dwa i pół raza tyle, ile wynosi szerokość DNA.
• Atom złota ma około jednej trzeciej nanometra średnicy, więc DNA ma szerokość około sześciu atomów złota.
• Gdyby DNA powiększyć do szerokości ludzkiego włosa, DNA z pojedynczej ludzkiej komórki rozciągałoby się na długości około 100 kilometrów. Byłoby upakowane w jądrze o średnicy około 30 centymetrów.

Ile DNA mieści komórka

Typowa ludzka komórka zawiera DNA, które rozciągnięte i ułożone jedno za drugim miałoby długość około 2 metrów. Tymczasem jądro, które to DNA zawiera, ma zaledwie około 6 mikrometrów średnicy. Mikrometr to milionowa część metra. DNA jest ponad 300 000 razy dłuższe niż szerokość jądra.

Ludzki genom, czyli pełny zestaw ludzkiego DNA, ma długość około 3,2 miliarda nukleotydów. Jest rozłożony na 24 różne chromosomy. Każdy chromosom to jedna bardzo długa cząsteczka DNA, związana z białkami, które zwijają ją i upakowują w zwarty kształt.

Jak odkryto podwójną helisę

James Watson i Francis Crick, pracujący na Uniwersytecie w Cambridge w Anglii, opisali podwójną helisę w 1953 roku. Ich model pokazał, jak zasady łączą się w pary: adenina z tyminą, a cytozyna z guaniną. Sugerował też, w jaki sposób DNA może być kopiowane.

Strukturę pomogła odsłonić dyfrakcja promieni rentgenowskich. Ta metoda pozwala ustalić kształt cząsteczki na podstawie wzoru, jaki tworzą promienie rentgenowskie, gdy rozpraszają się na tej cząsteczce. Rosalind Franklin badała w ten sposób DNA, a nad jego strukturą pracował również Maurice Wilkins. Wzór rentgenowski pokazał regularny odstęp 0,34 nanometra między zasadami.

Watson, Crick i Wilkins otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla w 1962 roku. Franklin już wtedy nie żyła, a Nagrody Nobla nie przyznaje się pośmiertnie.

Źródła

• Biochemistry, DNA Structure. StatPearls, NCBI Bookshelf, 2023.
• DNA Structure and Sequencing. Biology 2e, OpenStax, 2018.
• Chromosomal DNA and Its Packaging in the Chromatin Fiber. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
• Membrane Structure. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.