Hvad er den supplerende basisparringsregel?

Deoxyribonukleinsyre (DNA) er det, der koder for alle cellulære genetiske oplysninger på Jorden. Alt cellulært liv fra de mindste bakterier til den største hval i havet bruger DNA som deres genetiske materiale.

Bemærk: Nogle vira bruger DNA som deres genetiske materiale. Imidlertid bruger nogle vira RNA i stedet.

DNA er en type nukleinsyre består af mange underenheder kaldet nukleotider. Hvert nukleotid har tre dele: et 5-carbon ribosesukker, en phosphatgruppe og en nitrogenholdig base. To komplementære tråde af DNA kommer sammen takket være hydrogenbinding mellem nitrogenholdige baser der gør det muligt for DNA at fremstille en stige-lignende form, der drejes ind i den berømte dobbelt-helix.

Det er binding mellem de nitrogenholdige baser, der gør det muligt for denne struktur at dannes. I DNA er der fire nitrogenholdige basemuligheder: adenin (A), thymin (T), cytosin (C) og guanin (G). Hver base kan kun binde med hinanden, A med T og C med G. Dette kaldes supplerende baseparringsregel eller Chargaffs regel.

I DNA nukleotid underenheder er der fire kvælstofholdige baser:

1. Adenin (A)
2. Thymin (T)
3. Cytosin (C)
4. Guanine (G)

Hver af disse baser kan opdeles i to kategorier: purinbaser og pyrimidinbaser.

Adenin og guanin er eksempler på purinbaser. Dette betyder, at deres struktur er en nitrogenholdig seks atomring forbundet med en nitrogenholdig fem atomring, der deler to atomer for at kombinere de to ringe.

Thymin og cytosin er eksempler på pyrimidinbaser. Disse baser består af en enkelt nitrogenholdig seks atomring.

Bemærk: RNA erstatter thymin med en anden pyrimidinbase kaldet uracil (U).

Chargaffs regel, også kendt som den komplementære baseparringsregel, siger, at DNA-basepar altid er adenin med thymin (AT) og cytosin med guanin (C-G). En purin parres altid med en pyrimidin og omvendt. Imidlertid parrer A sig ikke med C, på trods af at det er purin og pyrimidin.

Denne regel er opkaldt efter videnskabsmanden Erwin Chargaff, der opdagede, at der stort set er lige koncentrationer af adenin og thymin såvel som guanin og cytosin i næsten alle DNA-molekyler. Disse forhold kan variere mellem organismer, men de faktiske koncentrationer af A er altid i det væsentlige lig med T og samme med G og C. For eksempel er der ca. mennesker hos mennesker:

• 30,9 procent adenin
• 29,4 procent thymin
• 19,8 procent cytosin
  
• 19,9 procent guanin

Dette understøtter den komplementære regel, at A skal parre med T og C skal parre med G.

Men hvorfor er dette tilfældet?

Det har begge at gøre med hydrogenbinding der slutter sig til de komplementære DNA-tråde sammen med ledig plads mellem de to tråde.

For det første er der ca. 20 Å (angstrøm, hvor en angstrøm er lig med 10^-10 meter) mellem to komplementære DNA-tråde. To puriner og to pyrimidiner sammen ville simpelthen tage for meget plads til at være i stand til at passe i rummet mellem de to tråde. Dette er grunden til, at A ikke kan binde med G og C ikke kan binde til T.

Men hvorfor kan du ikke bytte hvilke purinbindinger med hvilken pyrimidin? Svaret har at gøre med hydrogenbinding der forbinder baserne og stabiliserer DNA-molekylet.

De eneste par, der kan skabe hydrogenbindinger i det rum, er adenin med thymin og cytosin med guanin. A og T danner to hydrogenbindinger, mens C og G danner tre. Det er disse hydrogenbindinger, der forbinder de to tråde og stabiliserer molekylet, hvilket gør det muligt at danne stigenlignende dobbelt helix.

Når du kender denne regel, kan du finde ud af komplementær streng til en enkelt DNA-streng, der kun er baseret på basepar-sekvensen. Lad os for eksempel sige, at du kender sekvensen af ​​en DNA-streng, der er som følger:

AAGCTGGTTTTGACGAC

Ved hjælp af de komplementære baseparringsregler kan du konkludere, at den komplementære streng er:

TTCGACCAAAACTGCTG

RNA-tråde er også komplementære med den undtagelse, at RNA bruger uracil i stedet for thymin. Så du kan også udlede den mRNA-streng, der ville blive produceret fra den første DNA-streng. Det ville være:

UUCGACCAAAACUGCUG