Kyselina deoxyribonukleová (DNA) je to, co kóduje všechny buněčný genetická informace o Zemi. Celý buněčný život od nejmenších bakterií po největší velrybu v oceánu používá DNA jako svůj genetický materiál.
Poznámka: Některé viry používají jako svůj genetický materiál DNA. Některé viry však místo toho používají RNA.
DNA je druh nukleová kyselina skládá se z mnoha podjednotek nazývaných nukleotidy. Každý nukleotid má tři části: 5-uhlíkatý ribózový cukr, fosfátovou skupinu a dusíkatou bázi. Dva doplňkové prameny DNA se spojily díky vodíkové vazbě mezi dusíkaté báze který umožňuje DNA vytvořit žebříkovou formu, která se stočí do slavné dvojšroubovice.
Je to vazba mezi dusíkatými bázemi, která umožňuje vytvoření této struktury. V DNA existují čtyři možnosti dusíkatých bází: adenin (A), thymin (T), cytosin (C) a guanin (G). Každá báze se může spojovat pouze navzájem, A s T a C s G. Tomu se říká doplňkové základní pravidlo párování nebo Chargaffovo pravidlo.
Čtyři dusíkaté báze
V DNA nukleotid podjednotky, existují čtyři dusíkaté báze:
- Adenin (A)
- Tymin (T)
- Cytosin (C)
- Guanin (G)
Každou z těchto základen lze rozdělit do dvou kategorií: purinové báze a pyrimidinové báze.
Adenin a guanin jsou příklady purinové báze. To znamená, že jejich struktura je šest atomový kruh obsahující dusík spojený s pět atomovým kruhem obsahujícím dusík, které sdílejí dva atomy, aby spojily dva kruhy.
Thymin a cytosin jsou příklady pyrimidinové báze. Tyto báze jsou složeny z jediného šest atomového kruhu obsahujícího dusík.
Poznámka: RNA nahrazuje tymin jinou pyrimidinovou bází zvanou uracil (U).
Chargaffovo pravidlo
Chargaffovo pravidlo, známé také jako pravidlo doplňkového párování bází, uvádí, že páry bází DNA jsou vždy adenin s thyminem (A-T) a cytosin s guaninem (C-G). Purin se vždy páruje s pyrimidinem a naopak. A se však nespáruje s C, přestože jde o purin a pyrimidin.
Toto pravidlo je pojmenováno po vědci Erwinovi Chargaffovi, který zjistil, že existují v zásadě stejní koncentrace adeninu a tymin stejně jako guanin a cytosin téměř ve všech molekulách DNA. Tyto poměry se mohou mezi organismy lišit, ale skutečné koncentrace A jsou vždy v zásadě stejné jako T a stejné s G a C. Například u lidí existuje přibližně:
- 30,9 procent adeninu
- 29,4 procent tyminu
- 19,8 procent cytosinu
- 19,9 procenta guaninu
To podporuje doplňkové pravidlo, že A se musí spárovat s T a C se musí spárovat s G.
Chargaffovo pravidlo vysvětleno
Proč tomu tak je?
To má co do činění s vodíkové vazby který spojuje komplementární řetězce DNA spolu s volné místo mezi dvěma prameny.
Za prvé, existuje asi 20 Å (angstromy, kde jeden angstrom se rovná 10-10 metrů) mezi dvěma komplementárními řetězci DNA. Dva puriny a dva pyrimidiny dohromady by jednoduše zabraly příliš mnoho místa na to, aby se vešly do prostoru mezi dvěma prameny. Proto se A nemůže spojit s G a C se nemůže spojit s T.
Ale proč nemůžete vyměnit, které purinové vazby, s jakým pyrimidinem? Odpověď souvisí s vodíkové vazby který spojuje báze a stabilizuje molekulu DNA.
Jediné páry, které mohou v tomto prostoru vytvářet vodíkové vazby, jsou adenin s thyminem a cytosin s guaninem. A a T tvoří dvě vodíkové vazby, zatímco C a G tvoří tři. Jsou to tyto vodíkové vazby, které spojují dva řetězce a stabilizují molekulu, což jí umožňuje vytvářet žebřík dvojitá spirála.
Pomocí doplňkových pravidel párování základny
Znáte-li toto pravidlo, můžete zjistit doplňkové vlákno k jednomu řetězci DNA založenému pouze na sekvenci párů bází. Řekněme například, že znáte sekvenci jednoho řetězce DNA, která je následující:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Pomocí pravidel doplňkového párování bází můžete dojít k závěru, že doplňkovým prvkem je:
TTCGACCAAAACTGCTG
Vlákna RNA jsou také komplementární s výjimkou, že RNA používá místo tyminu uracil. Můžete tedy také odvodit řetězec mRNA, který by byl produkován z tohoto prvního řetězce DNA. Bylo by:
UUCGACCAAAACUGCUG