Desoxyribonukleinsäure, besser bekannt als DNA, ist das primäre genetische Material für fast alles Leben. Einige Viren verwenden Ribonukleinsäure (RNA) anstelle von DNA, aber alles zelluläre Leben verwendet DNA.
Die DNA selbst ist ein Makromolekül, das aus zwei komplementären Strängen besteht, die jeweils aus einzelnen Untereinheiten namens. bestehen Nukleotide. Es sind diese Bindungen, die sich zwischen der komplementären Basensequenz der stickstoffhaltigen Basen bilden, die die beiden DNA-Stränge zusammenhalten, um die doppelhelikale Struktur zu bilden, die die DNA berühmt macht.
DNA-Struktur und Komponenten
Wie bereits erwähnt, ist DNA ein Makromolekül, das aus einzelnen Untereinheiten besteht, die Nukleotide genannt werden. Jedes Nukleotid besteht aus drei Teilen:
- Ein Desoxyribose-Zucker.
- Eine Phosphatgruppe.
- Eine stickstoffhaltige Base.
DNA-Nukleotide können eine von vier stickstoffhaltigen Basen enthalten. Diese Basen sind Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C).
Diese Nukleotide bilden zusammen lange Ketten, die als DNA-Stränge bekannt sind. Zwei
komplementäre DNA-Stränge verbinden sich wie eine Leiter, bevor sie sich in die Doppelhelix-Form wickeln.Die beiden Stränge werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, die sich zwischen den stickstoffhaltigen Basen bilden. Adenin (A) bildet Bindungen mit Thymin (T), während Cytosin (C) Bindungen mit Guanin (G) bildet; A paart sich immer nur mit T, und C paart sich immer nur mit G.
Ergänzende Definition (Biologie)
In der Biologie, insbesondere in Bezug auf Genetik und DNA, komplementär bedeutet, dass der mit dem zweiten Polynukleotidstrang gepaarte Polynukleotidstrang eine stickstoffhaltige Basensequenz aufweist, die das umgekehrte Komplement oder das Paar des anderen Strangs ist.
Das Komplement von Guanin ist zum Beispiel Cytosin, weil dies die Base ist, die sich mit Guanin paaren würde; das Komplement von Cytosin ist Guanin. Sie würden auch sagen, dass das Komplement von Adenin Thymin ist und umgekehrt.
Dies gilt entlang des gesamten DNA-Strangs, weshalb die beiden DNA-Stränge als komplementäre Stränge bezeichnet werden. Jede einzelne Base auf einem DNA-Einzelstrang wird ihr Komplement mit ihr auf dem anderen Strang übereinstimmen.
Komplementäre Base-Pairing-Regel von Chargaff
Die Regel von Chargaff besagt, dass A nur an T und C nur an G in einem DNA-Strang bindet. Dies ist nach dem Wissenschaftler Erwin Chargaff benannt, der entdeckte, dass in jedem DNA-Molekül der Prozentsatz von Guanin ist immer ungefähr gleich dem Prozentsatz von Cytosin, das gleiche gilt für Adenin und Thymin.
Daraus schloss er, dass C an G und A an T bindet.
Warum die komplementäre Basispaarung funktioniert
Warum bindet A nur an T und C nur an G? Warum sind A und T Komplemente voneinander und nicht A und C oder A und G? Die Antwort hat mit der Struktur der stickstoffhaltigen Basen und den Wasserstoffbrücken, die sich zwischen ihnen bilden, zu tun.
Adenin und Guanin sind bekannt als Purine während Thymin und Guanin bekannt sind als Pyrimidine. All dies bedeutet, dass die Strukturen von Adenin und Guanin aus einem 6-atomigen Ring und einem 5-atomigen Ring bestehen, die sich zwei Atome teilen, während Cytosin und Thymin nur aus einem 6-atomigen Ring bestehen. Bei DNA kann ein Purin nur mit einem Pyrimidin binden; Sie können nicht zwei Purine und zwei Pyrimidine zusammen haben.
Dies liegt daran, dass zwei miteinander verbundene Purine zu viel Platz zwischen den beiden DNA-Strängen einnehmen würden, was die Struktur beeinträchtigen und die Stränge nicht richtig zusammenhalten würde. Das gleiche gilt für zwei Pyrimidine, nur dass sie zu wenig Platz einnehmen würden.
Nach dieser Logik könnte sich A dann mit C verbinden, oder? Nun, nein. Der andere Faktor, der dafür sorgt, dass A-T- und C-G-Paare funktionieren, ist Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Basen. Es sind diese Bindungen, die die beiden DNA-Stränge tatsächlich zusammenhalten und das Molekül stabilisieren.
Wasserstoffbrückenbindungen können sich nur zwischen Adenin und Thymin ausbilden. Sie bilden sich auch nur zwischen Cytosin und Guanin. Es sind diese Bindungen, die die Bildung von A-T- und C-G-Komplementen ermöglichen und somit dazu führen, dass die DNA zwei komplementär gebundene Stränge aufweist.
Anwenden komplementärer Basenpaarungsregeln
Wenn Sie wissen, wie DNA-Stränge mit diesen Basenpaarungsregeln zusammenpassen, können Sie einige verschiedene Dinge ableiten.
Nehmen wir an, Sie haben eine DNA-Sequenz eines bestimmten Gens auf einem DNA-Strang. Sie können dann komplementäre Basenpaarungsregeln verwenden, um den anderen DNA-Strang herauszufinden, aus dem das DNA-Molekül besteht. Angenommen, Sie haben die folgende Sequenz:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
Sie wissen, dass A und T Komplemente voneinander sind und C und G Komplemente voneinander sind. Das bedeutet, dass der DNA-Strang, der sich mit dem obigen paart, ist:
TTCCCCACTGAGATCAAAATTATAT
