Föråldrade modeller av DNA-struktur
Förutom mångfalden av verifierade DNA-strukturer har det funnits en rad föreslagna DNA-modeller som antingen har motbevisats eller saknar bevis.
Några av dessa strukturer föreslogs under 1950-talet innan strukturen av den dubbla helixen löstes, mest känt av Linus Pauling. Icke-spiralformade eller "sida-vid-sida"-modeller av DNA föreslogs på 1970-talet för att ta itu med vad som vid den tiden verkade vara problem med topologin hos cirkulära DNA-kromosomer under replikering (sedan löst genom upptäckten av enzymer som modifierar DNA-topologin ). Dessa avvisades också på grund av ackumulerande experimentella bevis från röntgenkristallografi , lösnings-NMR och atomkraftsmikroskopi (av både DNA ensamt och bundet till DNA-bindande proteiner ). Även om lokaliserade eller övergående icke-duplexa spiralstrukturer existerar, accepteras inte spiralformade modeller för närvarande av det vanliga forskarsamhället. Slutligen finns det en ihållande uppsättning samtida fransteorier som föreslår en rad modeller som inte stöds.
Före Watson-Crick-strukturen
DNA-dubbelhelixen upptäcktes 1953 (med ytterligare detaljer 1954) baserat på röntgendiffraktionsbilder av DNA samt basparande kemisk och biokemisk information. Dessförinnan indikerade röntgendata som samlades in på 1950-talet att DNA bildade någon form av helix, men det hade ännu inte upptäckts vad den exakta strukturen av den helixen var. Det fanns därför flera föreslagna strukturer som senare omkullkastades av data som stödde en DNA-duplex. Den mest kända av dessa tidiga modeller var av Linus Pauling och Roberyt Corey 1953 där de föreslog en trippelspiral med fosfatryggraden på insidan och nukleotidbaserna pekade utåt. En i stort sett liknande, men detaljerad struktur föreslogs också av Bruce Fraser samma år. Men Watson och Crick identifierade snart flera problem med dessa modeller:
- Negativt laddade fosfater nära axeln stöter bort varandra, vilket lämnar frågan om hur trekedjestrukturen håller ihop.
- I en trippelhelixmodell (särskilt Pauling och Coreys modell) verkar några av van der Waals-avstånden vara för små.
Den initiala dubbelhelixmodellen som upptäcktes, nu kallad B-form DNA är den absolut vanligaste konformationen i celler. Två ytterligare sällsynta spiralformade konformationer som också förekommer naturligt identifierades på 1970-talet: A-form DNA och Z-form DNA .
Icke-spiralformade strukturförslag
Innan upptäckten av topoisomeraser
Även när DNA-duplexstrukturen var löst, var det från början en öppen fråga om ytterligare DNA-strukturer behövdes för att förklara dess övergripande topologi. Det fanns från början frågor om hur det kan påverka DNA-replikationen. 1963 autoradiografier av E. coli -kromosomen att det var en enda cirkulär molekyl som replikeras vid ett par replikationsgafflar där båda nya DNA-strängarna syntetiseras. De två dotterkromosomerna efter replikering skulle därför vara topologiskt kopplade. Separationen av de två länkade dotter-DNA-strängarna under replikering krävde antingen att DNA hade en spiralvridning på noll, eller för att strängarna skulle skäras, korsas och återförenas. Det var dessa uppenbara motsägelser som tidiga icke-spiralformade modeller försökte ta itu med tills upptäckten av topoisomeraser 1970 löste problemet.
På 1960- och 1970-talen antogs ett antal strukturer som skulle ge en spiralvridning med netto-noll över DNA:ts längd, antingen genom att vara helt rak genomgående eller genom att alternerande högerhänta och vänsterhänta spiralvridningar. Till exempel, 1969, antogs en linjär tetramerstruktur, och 1976 föreslogs en struktur med alternerande sektioner av högerhänta och vänsterhänta helixar oberoende av två olika grupper. Den alternerande vridningsmodellen presenterades initialt med skruvhastigheten som ändrades varje halvvarv, men senare föreslogs långa sträckor av varje spiralriktning. Dessa modeller led dock av brist på experimentellt stöd. Under vridningsspänning kan en Z-DNA- struktur bildas med motsatt vridning till B-form DNA, men detta är sällsynt i den cellulära miljön. Upptäckten av topoisomeraser och gyraser , enzymer som kan ändra det länkande antalet cirkulära nukleinsyror och på så sätt "linda upp" och "spola tillbaka" den replikerande bakteriella kromosomen, löste de topologiska invändningarna mot den spiralformade DNA-strukturen i B-form. I frånvaron av dessa topologiförändrande enzymer är faktiskt små cirkulära virus- och plasmid-DNA oskiljbara stödjande strukturer vars strängar är topologiskt låsta tillsammans.
Icke-spiralformade DNA-förslag har därför fallit från den vanliga vetenskapen.
Bekräftelse av spiralstruktur
Inledningsvis hade det funnits frågor om de lösta DNA-strukturerna var artefakter av de röntgenkristallografitekniker som användes. Däremot bekräftades DNA-strukturen därefter i lösning via gelelektroforetiska metoder och senare via lösnings-NMR och AFM , vilket indikerar att kristallografiprocessen inte förvrängde den. Strukturen av DNA i komplex med nukleosomer , helikaser och många andra DNA-bindande proteiner stödde också dess biologiska relevans in vivo .