De overgrote meerderheid van de DNA-moleculen in de natuur nemen een rechtshandige spiraalvormige structuur aan, bekend als het B-vorm-DNA. Deze chirale voorkeur, waarbij de dubbele helix met de klok mee draait, is waargenomen bij verschillende organismen, van bacteriën tot mensen. Hoewel er zeldzame gevallen van linkshandig DNA of Z-DNA voorkomen, komen deze onder specifieke omstandigheden voor en zijn ze relatief onstabiel vergeleken met de rechtshandige vorm.

De redenen achter de bijna exclusieve rechtshandigheid van DNA kunnen worden toegeschreven aan een combinatie van factoren die verband houden met de moleculaire structuur, thermodynamica en evolutionaire overwegingen. Hier zijn enkele belangrijke redenen:

1. Baseparing en waterstofbinding:

De bouwstenen van DNA, de nucleotiden, bestaan ​​uit een suikerfosfaat-skelet en stikstofbasen. De koppeling van deze basen binnen de dubbele helix vindt plaats via waterstofbruggen, waardoor basenparen worden gevormd zoals adenine (A) met thymine (T) en cytosine (C) met guanine (G). De geometrie en opstelling van deze basenparen bevorderen uiteraard een rechtshandige spiraalvormige structuur. De specifieke hoeken en afstanden tussen de basenparen zorgen voor optimale waterstofbruggen en stapelinteracties, die de rechtshandige conformatie stabiliseren.

2. Suiker-fosfaat-ruggengraat-interacties:

De suiker-fosfaatruggengraat van DNA draagt ​​bij aan de structurele integriteit ervan en beïnvloedt de spiraalvormige conformatie. Het deoxyribose-suikermolecuul in DNA heeft een enigszins gebobbelde conformatie en de hechting aan de fosfaatgroepen creëert een asymmetrische ruggengraat. Deze asymmetrie bevordert een rechtshandige helix omdat deze sterische botsingen minimaliseert en gunstiger elektrostatische interacties tussen de negatief geladen fosfaatgroepen mogelijk maakt.

3. Thermodynamica en stabiliteit:

Er is aangetoond dat het rechtshandige DNA in de B-vorm thermodynamisch stabieler is dan andere potentiële spiraalvormige conformaties. De specifieke geometrie en interacties binnen de rechtshandige helix optimaliseren de pakking en minimaliseren de vrije energie van het molecuul. Deze thermodynamische stabiliteit draagt ​​bij aan de prevalentie van rechtshandig DNA als de meest gunstige structurele vorm.

4. Eiwit-DNA-interacties en enzymspecificiteit:

Veel eiwitten die interageren met DNA, zoals enzymen die betrokken zijn bij replicatie, transcriptie en reparatie, zijn geëvolueerd om de rechtshandige DNA-structuur te herkennen en eraan te binden. De chirale specificiteit van deze eiwitten zorgt voor goede interacties met het DNA-molecuul en vergemakkelijkt essentiële cellulaire processen. De prevalentie van rechtshandig DNA biedt dus een consistente moleculaire context waarin cellulaire machines efficiënt kunnen functioneren.

5. Evolutionaire overwegingen:

In de loop van de evolutie kan de rechtshandige DNA-structuur vast en dominant zijn geworden vanwege de stabiliteit en compatibiliteit ervan met cellulaire processen. Toen de rechtshandige vorm eenmaal de overheersende conformatie werd, evolueerden de cellulaire machinerie en genetische systemen om uitsluitend deze specifieke chiraliteit te herkennen en te gebruiken. Deze evolutionaire vooringenomenheid versterkt verder de prevalentie van rechtshandig DNA in biologische systemen.

Hoewel de exacte redenen voor de vrijwel exclusieve rechtshandigheid van DNA complex zijn en mogelijk een combinatie van de bovengenoemde factoren met zich meebrengen, is het duidelijk dat het rechtshandige DNA in de B-vorm de optimale structurele en functionele kenmerken voor biologische systemen biedt. Deze structurele consistentie heeft diepgaande gevolgen voor de opslag, replicatie en de ingewikkelde moleculaire processen die ten grondslag liggen aan het leven.