ما هي قاعدة الاقتران التكميلية القاعدة؟

حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) هو رمز للجميع الخلوية المعلومات الجينية على الأرض. كل الحياة الخلوية من أصغر بكتيريا إلى أكبر حوت في المحيط تستخدم الحمض النووي كمادة وراثية.

ملحوظة: تستخدم بعض الفيروسات الحمض النووي كمواد جينية. ومع ذلك ، فإن بعض الفيروسات تستخدم الحمض النووي الريبي بدلاً من ذلك.

الحمض النووي هو نوع من حمض نووي تتكون من العديد من الوحدات الفرعية تسمى النيوكليوتيدات. يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة أجزاء: سكر ريبوز مكون من 5 كربون ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية. اثنين خيوط تكميلية من الحمض النووي معًا بفضل الترابط الهيدروجيني بين القواعد النيتروجينية التي تسمح للحمض النووي بصنع شكل يشبه السلم يلتف إلى الحلزون المزدوج الشهير.

إنه الترابط بين القواعد النيتروجينية الذي يسمح بتكوين هذا الهيكل. في الحمض النووي ، هناك أربعة خيارات للقاعدة النيتروجينية: الأدينين (A) ، الثايمين (T) ، السيتوزين (C) والجوانين (G). يمكن لكل قاعدة أن ترتبط ببعضها البعض فقط ، A مع T و C مع G. هذا يسمى قاعدة إقران القاعدة التكميلية أو حكم Chargaff ل.

في الحمض النووي النوكليوتيدات الوحدات الفرعية ، هناك أربع قواعد نيتروجينية:

1. الأدينين (أ)
2. ثايمين (T)
3. سيتوزين (ج)
4. جوانين (G)

يمكن تقسيم كل من هذه القواعد إلى فئتين: قواعد البيورين و قواعد بيريميدين.

الأدينين والجوانين أمثلة على قواعد البيورين. هذا يعني أن بنيتها عبارة عن حلقة ست ذرات تحتوي على النيتروجين مرتبطة بحلقة خمس ذرات تحتوي على النيتروجين والتي تشترك في ذرتين لدمج الحلقتين.

أمثلة على الثايمين والسيتوزين قواعد بيريميدين. تتكون هذه القواعد من حلقة واحدة تحتوي على ستة ذرات تحتوي على النيتروجين.

ملحوظة: يستبدل الحمض النووي الريبي الثايمين بقاعدة بيريميدين مختلفة تسمى uracil (U).

تنص قاعدة Chargaff ، المعروفة أيضًا باسم قاعدة الاقتران الأساسي التكميلي ، على أن أزواج قاعدة الحمض النووي هي دائمًا الأدينين مع الثايمين (A-T) والسيتوزين مع الجوانين (C-G). دائمًا ما يقترن البيورين مع بيريميدين والعكس صحيح. ومع ذلك ، لا يقترن A مع C ، على الرغم من كونه بيورين وبيريميدين.

سميت هذه القاعدة على اسم العالم إروين تشارجاف الذي اكتشف أن هناك متساوين أساسًا تركيزات الأدينين والثيمين وكذلك الجوانين والسيتوزين في جميع جزيئات الحمض النووي تقريبًا. يمكن أن تختلف هذه النسب بين الكائنات الحية ، لكن التركيزات الفعلية لـ A تساوي دائمًا بشكل أساسي T ونفس الشيء مع G و C. على سبيل المثال ، في البشر ، هناك تقريبًا:

• 30.9٪ عدنين
• 29.4٪ ثايمين
• 19.8٪ سيتوزين
  
• 19.9 في المائة جوانين

هذا يدعم القاعدة التكميلية التي تنص على أن A يجب أن يقترن بـ T و C يجب أن يقترن بـ G.

لماذا هذا هو الحال ، مع ذلك؟

يجب أن تفعل كلاهما مع الرابطة الهيدروجينية الذي ينضم إلى خيوط الحمض النووي التكميلية مع مساحة متاحة بين الخيوط.

أولًا ، يوجد حوالي 20 Å (أنجستروم ، حيث أنجستروم واحد يساوي 10^-10 متر) بين خيطين متكاملين من الحمض النووي. سيشغل اثنان من البيورينات واثنين من البيريميدين معًا مساحة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن احتوائهما في المساحة بين الخيوط. هذا هو السبب في أن A لا يمكنه الارتباط بـ G و C لا يمكنه الارتباط بـ T.

ولكن لماذا لا يمكنك مبادلة أي روابط البيورين مع بيريميدين؟ الجواب له علاقة الرابطة الهيدروجينية التي تربط القواعد وتثبت جزيء الحمض النووي.

الأزواج الوحيدة التي يمكنها إنشاء روابط هيدروجينية في هذا الفضاء هي الأدينين مع الثايمين والسيتوزين مع الجوانين. تشكل A و T رابطتين هيدروجينيتين بينما تشكل C و G ثلاثة. هذه الروابط الهيدروجينية هي التي تربط بين الخيطين وتثبت الجزيء ، مما يسمح له بتكوين مثل السلم الحلزون المزدوج.

بمعرفة هذه القاعدة ، يمكنك معرفة حبلا تكميلية إلى حبلا DNA واحد يعتمد فقط على تسلسل زوج القاعدة. على سبيل المثال ، لنفترض أنك تعرف تسلسل أحد خيوط الحمض النووي على النحو التالي:

آجكتجتتتجاكجاك

باستخدام قواعد الاقتران الأساسية التكميلية ، يمكنك استنتاج أن الخيط التكميلي هو:

TTCGACCAAAACTGCTG

سلاسل الحمض النووي الريبي مكملة أيضًا باستثناء أن الحمض النووي الريبي يستخدم اليوراسيل بدلاً من الثايمين. لذلك ، يمكنك أيضًا استنتاج خيط الرنا المرسال الذي سينتج من خيط الحمض النووي الأول. سيكون:

UUCGACCAAAACUGCUG