Orsakerna bakom DNA:s nästan exklusiva högerhänthet kan tillskrivas en kombination av faktorer relaterade till dess molekylära struktur, termodynamik och evolutionära överväganden. Här är flera viktiga skäl:
1. Basparning och vätebindning:
Byggstenarna i DNA, nukleotiderna, består av en sockerfosfatryggrad och kvävehaltiga baser. Parningen av dessa baser inom dubbelspiralen sker genom vätebindningar, som bildar baspar som adenin (A) med tymin (T) och cytosin (C) med guanin (G). Geometrin och arrangemanget av dessa baspar gynnar naturligtvis en högerhänt spiralstruktur. De specifika vinklarna och avstånden mellan basparen möjliggör optimal vätebindning och staplingsinteraktioner, vilket stabiliserar den högerhänta konformationen.
2. Interaktioner mellan socker och fosfat i ryggraden:
Sockerfosfatryggraden i DNA bidrar till dess strukturella integritet och påverkar dess spiralformade konformation. Deoxiribossockermolekylen i DNA har en något rynkig konformation, och dess bindning till fosfatgrupperna skapar en asymmetrisk ryggrad. Denna asymmetri gynnar en högerhänt helix eftersom den minimerar steriska sammanstötningar och möjliggör mer gynnsamma elektrostatiska interaktioner mellan de negativt laddade fosfatgrupperna.
3. Termodynamik och stabilitet:
Den högerhänta B-formen DNA har visat sig vara termodynamiskt mer stabil än andra potentiella spiralformade konformationer. Den specifika geometrin och interaktionerna inom den högerhänta helixen optimerar packningen och minimerar molekylens fria energi. Denna termodynamiska stabilitet bidrar till förekomsten av högerhänt DNA som den mest gynnsamma strukturformen.
4. Protein-DNA-interaktioner och enzymspecificitet:
Många proteiner som interagerar med DNA, såsom enzymer involverade i replikering, transkription och reparation, har utvecklats för att känna igen och binda till den högerhänta DNA-strukturen. Den kirala specificiteten hos dessa proteiner säkerställer korrekt interaktion med DNA-molekylen och underlättar väsentliga cellulära processer. Prevalensen av högerhänt DNA ger således ett konsekvent molekylärt sammanhang för cellulära maskineri att fungera effektivt.
5. Evolutionära överväganden:
Under evolutionens gång kan den högerhänta DNA-strukturen ha blivit fixerad och dominerande på grund av dess stabilitet och kompatibilitet med cellulära processer. När den högerhänta formen väl blev etablerad som den dominerande konformationen, utvecklades det cellulära maskineriet och de genetiska systemen för att uteslutande känna igen och använda denna specifika kiralitet. Denna evolutionära snedvridning förstärker ytterligare förekomsten av högerhänt DNA i biologiska system.
Även om de exakta orsakerna till DNA:s nästan uteslutande högerhänta är komplexa och kan involvera en kombination av ovanstående faktorer, är det tydligt att det högerhänta DNA:t i B-form ger de optimala strukturella och funktionella egenskaperna för biologiska system. Denna strukturella konsistens har djupgående konsekvenser för lagring av genetisk information, replikering och de invecklade molekylära processerna som ligger till grund för livet.
