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Adenine, thymine, cytosine, and guanine are usually referred to by one-letter codes, A, T, C, and G
respectively, when recording their sequence in a single strand of DNA. When DNA forms a ladder or
double-stranded structure, the sequence of one strand is always complementary to the other. For
example, a strand with the sequence 5’-AACGGT-3’ will bind to a strand with the complementary
sequence 3’-TTGCCA-5’.
5’-AACGGT-3’
3’-TTGCCA-5’
The complementary base pairs forming each rung of the ladder are firmly held together by multiple
hydrogen bonds. These are represented in the K’NEX model by brown Connectors (representing the
three hydrogen bonds that hold together guanine and cytosine,) and orange Connectors (representing
the two hydrogen bonds that hold together adenine and thymine.)
Important Note: The size of the Connectors representing the hydrogen bonds is not to scale.
These bonding distances are actually a fraction of the length of the two nitrogen-containing
bases being linked together (see Figure 4C).
MODULE I: DNA STRUCTURE
LESSON 1
Figure 4 – (A) K’NEX double helix model; (B) corresponding computational representation of double-stranded
DNA molecule with twelve base pairs; and (C) an individual cytosine-guanine base pair showing hydrogen bonds
(dashed lines).
[Source for Fig. 4B and Fig 4C: These copyrighted images are provided courtesy of Hypercube, Inc., a scientific software company. Use of same by
K’NEX is by permission. All rights reserved]
A B C
Adenine and guanine belong to a class of compounds called purines, all of which have a
common 9-atom, double-ring structure. Thymine and cytosine belong to the class of compounds
called pyrimidines, which are based on a common 6-atom, single ring structure. Advanced students
having studied chemistry may be able to identify which atoms participate in the two hydrogen bonds
between adenine and thymine and the three hydrogen bonds between cytosine and guanine.
The difference in bonding energies required to form two versus three hydrogen bonds account for
the increased amount of heat required to separate the two strands of a double-stranded DNA
molecule when G-C combinations are found more frequently than A-T combinations.
www.knexeducation.com
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