Die Struktur des DNA-Moleküls ist gut bekannt, und das ist das Verdienst von Francis Harry Compton Crick (1916–2004) und

James Dewey Watson (geboren 1928). Sie veröffentlichten am 25. April 1953 in der Zeitschrift Nature einen Artikel über die räumliche Struktur der DNA.

Die B-Form der DNA kommt hauptsächlich in einer lebenden Zelle vor und hat folgende Struktur.

DNA besteht aus zwei antiparallelen Polynukleotidketten, die spiralförmig um ihre Achse verdreht sind.

An der Peripherie des Moleküls befinden sich Kohlenhydrat-Phosphatketten mit stickstoffhaltigen Heterocyclen im Inneren. Die Zusammensetzung der DNA umfasst vier stickstoffhaltige Basen: Purinen — Adenin und Guanin, Pyrimidinen — Thymin und Cytosin. Aber es gibt Ausnahmen, zum Beispiel, einige Viren haben ein anderes Derivat von Pyrimidin — Uracil.

Die stickstoffhaltigen Basen der einen Parallelkette verbinden sich mit einer bestimmten Base der anderen, gemäß der Chargaff-Regel: Adenin verbindet sich mit Thymin, Guanin mit Cytosin.

Diese Informationen wurden zuvor in anderen Texten veröffentlicht, aber um zu verstehen, wo in der DNA die unbekannte Energiequelle verborgen ist, präsentieren wir sie erneut.

Anordnung der komplementären stickstoffhaltigen Basen in der DNA

(Abbildung — Englische Version)

Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Thymin (T)

Desoxyribose

Adenin (A) und Thymin (T)

Stickstoffhaltige Basen sind durch zwei Wasserstoffbindungen verbunden.

Guanin (G) und Cytosin (C)

Stickstoffhaltige Basen sind durch drei Wasserstoffbindungen verbunden.

Es gibt ein weiteres Geheimnis in diesem Molekül, das bisher unbekannt geblieben ist. Das ist RM. Auf dem Schema können Sie die Zahlen sehen. Diese Zahlen zeigen die Summe der Elektronen jeder stickstoffhaltigen Base, die in der DNA enthalten ist.

In Adenin beträgt die Gesamtzahl der Elektronen 69, in Thymin 65, in einem anderen Paar enthält Guanin 77 Elektronen, Cytosin 57.

Nach der Addition, entsprechend der Anordnung der stickstoffhaltigen Basen in den komplementären Paaren, erhalten wir die folgenden Ergebnisse:

Adenin + Thymin = 69 + 65 = 134

Guanin + Cytosin = 77 + 57 = 134

Die Zahl RM ist die Gesamtzahl der Elektronen in den komplementären Ebenen der DNA und beträgt 134.

Was ergibt diese Zahl?

Nach dem Coulomb-Gesetz wirken zwischen den komplementären Paaren stickstoffhaltiger Basen im DNA-Molekül gleiche elektrostatische Abstoßungskräfte.

Die Zahl RM-gibt dem Molekül Stabilität, indem es die DNA gleichmäßig entlang seiner Achse verdreht, um die elektrostatischen Abstoßungskräfte zurückzusetzen.

F¹ = F²… = Fⁿ

Bei der Methylierung von Cytosin wird eine Methylgruppe (— CH₃) aus dem Akzeptor von S-Adenosylmethionin an Cytosin addiert, dieser Vorgang wird durch die Methyltransferase katalysiert, die Anzahl der Elektronen steigt im G-C-Paar, die DNA verdreht sich stärker als Folge der Wirkung von elektrostatischen Kräften (F).

Beim anschließenden übergang von 5-Methylcytosin (5-mC) zu 5-Hydroxymethylcytosin (5-hmC) mit Beteiligung von Tet-Proteinen die Anzahl der Elektronen wieder erhöht, beziehungsweise abstoßende Kräfte wachsen, was zu einer starken Verdrehung der DNA und Spannung in den chemischen Bindungen.

Als nächstes wird 5-Formylcytosin (5-fC), dann 5-Carboxyсytosin (5-caC) gebildet.

Ein wichtiger Verdienst in der Studie der Stadien der Demethylierung gehört zu einer Gruppe von Forschern unter der Leitung von Professor Yi Zhang. Sie entdeckten intermediäre stickstoffhaltige Basen der Demethylierung.

Cytosin → 5-Methylcytosin → 5-Hydroxymethylcytosin → 5-Formylcytosin → 5-Carboxycytosin → Cytosin

Aber wo ist diese unbekannte Energiequelle versteckt?

Bei der Demethylierung der gesamten DNA (nach dem Übergang von 5-Carboxycytosin zu Cytosin) dreht sich das Molekül stark auf, die für die Replikation und andere biochemische Prozesse notwendige Energie wird gebildet.

Es kann daher davon ausgegangen werden, dass DNA eine weitere wichtige Funktion erfüllt — die Zelle mit zusätzlicher Energie in Form von Wärme zu versorgen, die beim Abwickeln des Moleküls entsteht.

Zu Recht wird DNA als Hauptmolekül einer lebenden Zelle bezeichnet.

Dies kann mit einem stark verdrehten Seil verglichen werden: Wenn Sie ein Ende loslassen, wickelt es sich ab.

Die Gene in der DNA machen einen kleinen Teil aus. Der Rest wird manchmal als „Müllteil“(nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure) bezeichnet.

Es gibt viele Annahmen und Streitigkeiten über diesen Teil des Moleküls, aber wir interessieren uns für die Existenz dieser bisher unverständlichen Bereiche.

Bei der Demethylierung von DNA über ihre gesamte Länge spielt dieser Teil die Hauptrolle, da beim Abwickeln die für die Durchführung biochemischer Reaktionen notwendige Wärme gebildet wird. Je länger das Molekül ist, desto mehr Wärme wird erzeugt.

Wenn die DNA in der Zelle durch ein langes Molekül dargestellt und nicht in Teile aufgeteilt und in Chromosomen gestapelt wäre, dann wäre das Abwickeln in der Zeit ein langer Prozess. Eine solche Struktur von Chromosomen ist für die Zelle notwendig.

Kleine DNAs sind über Chromosomen verteilt, was ein gleichzeitiges Abwickeln von Molekülen ergibt.

Je mehr G-C-Paare sich in seinem sogenannten Müllteil (nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure) befinden, desto schneller wird sich das Molekül abwickeln.

CpG- Dinukleotid sind Regionen der DNA, in denen das Cytosin-Nukleotid dem Guanin-Nukleotid in einer linearen Sequenz folgt. Vielleicht besteht eine der Funktionen von CpG darin, an der Demethylierung aller DNA unter Bildung von Energie teilzunehmen, die für weitere Prozesse notwendig ist. Es gibt nichts Überflüssiges, „nicht funktionelles“ im DNA-Molekül.

Wenn DNA eine weitere wichtige Funktion enthält, die noch unbekannt ist und mit der Energieerzeugung zusammenhängt, ist es dann möglich, dieses Molekül zur Erzeugung umweltfreundlicher Energie zu verwenden?

Vielleicht wird das weitere Studium der DNA zur Entwicklung einer neuen Industrie führen — Bionanoenergie, und unsere Träume von einer wirklich sauberen, grünen Energie werden wahr, und die Worte und Reden der Naturschützer werden endlich durch praktische Ergebnisse ersetzt.

Verwendete Quellen und Literatur:

Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Ito S, Shen L, Dai Q, Wu SC, Collins LB, Swenberg JA, He C, Zhang Y. Science. 2011 Sep 2;333(6047):1300-3. doi: 10.1126/ science.1210597. Epub 2011 Jul 21.

Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. — 3. — Москва: Высшая школа, 2000. — 479 с.

Альбертc Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки в 3-х томах, М.: Мир.

Черкес Ф. К., Богоявленская Л. Б., Бельская Н. А. Микробиология / Под редакцией Ф.К. Черкес. Москва: Медицина, 1987.

Байгужина Закия. ДНК раскрывает свою тайну. Издательские решения, 2019. ISBN 978-5-0050-8006-6

Википедия. Комплементарность (биология).

Wikipedia. Chargaff-Regeln