Про цю симуляцію
Ця інтерактивна 3D-модель відображає B-форму подвійної спіралі ДНК безпосередньо у браузері за допомогою WebGL-шейдерів. Два цукрово-фосфатних остови закручуються в антипаралельних напрямках — один іде від 5′ до 3′, інший від 3′ до 5′ — і утримуються разом водневими зв'язками між парами основ, що нагадують перекладини драбини. Кожна кольорова «перекладина» показує комплементарну пару: Аденін (А) завжди зв'язується з Тиміном (Т) двома водневими зв'язками, а Гуанін (Г) завжди зв'язується з Цитозином (Ц) трьома — згідно з моделлю Уотсона-Кріка-Франклін 1953 року.
🔬 Що показує модель
Симуляція відображає до 60 пар основ з точною антипаралельною геометрією ниток. Панель статистики обчислює наближену реальну довжину молекули, використовуючи канонічне значення 0,34 нм підйому на пару основ і стандартне ~10,5 пар на повний виток спіралі. Остови показані блакитним та індиговим кольорами; «перекладини» пар основ кодовані кольором за типом нуклеотиду у режимі «За основою».
🎮 Як користуватись
Перетягніть для обертання; прокрутіть для масштабування. Повзунок Пари основ (10–60) дозволяє подовжити або вкоротити молекулу. Радіус спіралі та Витки дають змогу змінювати геометрію і спостерігати зв'язок між кроком і діаметром. Зведіть Швидкість обертання до нуля, щоб зупинити спіраль, або спробуйте режим Веселка для висотного градієнта кольорів. Натисніть Випадкова послідовність, щоб перемішати нуклеотиди і одразу побачити нові кольори перекладин.
💡 Чи знаєте ви?
Реальна ДНК людини містить близько 3,2 мільярда пар основ у гаплоїдному геномі — загалом близько 2 метрів подвійної спіралі, упакованих у ядро клітини діаметром лише 6 мкм. Вся генетична інформація закодована виключно в послідовності основ А, Т, Г, Ц — хімічна будова остову однакова по всій довжині молекули. Пари Г-Ц міцніші за А-Т завдяки третьому водневому зв'язку, тому ділянки, багаті на Г-Ц, денатурують за вищих температур.
Часті запитання
Чому дві нитки ДНК називають «антипаралельними»?
Кожна нитка має хімічну спрямованість, що визначається цукрово-фосфатним остовом: один кінець має вільну 5′-фосфатну групу, інший — вільний 3′-гідроксил. У подвійній спіралі нитки йдуть у протилежних напрямках: одна — від 5′ до 3′ вгору, інша — від 5′ до 3′ вниз. Така антипаралельна орієнтація необхідна для того, щоб комплементарні основи були спрямовані всередину і утворювали водневі зв'язки у правильній геометрії. У симуляції це видно по тому, що обидва остови закручуються в одному напрямку, але зміщені на півдії (π радіан), ставлячи кожен вузол остову навпроти свого партнера.
Що визначає кількість пар основ на один виток спіралі?
У канонічній B-формі спіралі, характерній для більшості клітин у фізіологічних умовах, припадає приблизно 10,5 пар основ на повний виток (360°), що дає крок спіралі близько 3,57 нм (10,5 × 0,34 нм). Це значення не є фіксованим: торсійні напруження, створювані топоізомеразами або ДНК-зв'язуючими білками, можуть перекручувати або розкручувати спіраль. У симуляторі повзунок Витки дозволяє вільно досліджувати різну щільність скручування — спробуйте 60 пар і 6 витків для наближення до реального співвідношення B-форми.
Чому пара Г-Ц утворює 3 водневі зв'язки, а А-Т лише 2?
Хімічна структура гуаніну та цитозину надає трьом комплементарним донорним/акцепторним сайтам правильне просторове розташування у геометрії Уотсона-Кріка: паттерн донор-акцептор-донор однієї основи точно відповідає паттерну акцептор-донор-акцептор іншої, утворюючи три водневі зв'язки. Аденін і тимін можуть вирівняти лише два сумісних сайти. Додатковий зв'язок робить пари Г-Ц приблизно на 30–40% міцнішими, тому ділянки ДНК, багаті на Г-Ц, потребують більше енергії для розплавлення — ця властивість використовується у дизайні праймерів для ПЛР.
Що насправді змінює кнопка «Випадкова послідовність»?
Натискання кнопки Випадкова послідовність генерує новий масив випадкових основ А, Т, Г, Ц для першої нитки, а потім автоматично призначає комплемент (А↔Т, Г↔Ц) кожній позиції другої нитки, дотримуючись правил комплементарного спарювання. Тривимірна геометрія остовів не змінюється — оновлюються лише кольори «перекладин». У режимі «За основою» одразу видно новий розподіл червоних (А), зелених (Т), синіх (Г) та жовтих (Ц) пар.
Наскільки точний масштаб у панелі статистики?
Симулятор використовує реальне біохімічне значення 0,34 нм на пару основ для обчислення «Прибл. довжини» у панелі статистики: 30 пар основ дають правильне значення 10,2 нм — відповідно до кристалографічних даних для B-форми ДНК. 3D-відображення масштабовано приблизно у 3 рази для наочності, тому розміри моделі на екрані не відповідають реальним; показник у статистиці відображає справжні молекулярні розміри. Реальний радіус B-ДНК становить близько 1 нм, тому початкове значення повзунка радіуса 1,0 є розумним наближенням до справжнього діаметра.