Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) είναι αυτό που κωδικοποιεί όλους κυτταρικός γενετικές πληροφορίες στη Γη. Όλη η κυτταρική ζωή από τα μικρότερα βακτήρια έως τη μεγαλύτερη φάλαινα στον ωκεανό χρησιμοποιεί το DNA ως γενετικό υλικό τους.
Σημείωση: Μερικοί ιοί χρησιμοποιούν το DNA ως γενετικό υλικό τους. Ωστόσο, ορισμένοι ιοί χρησιμοποιούν RNA.
Το DNA είναι ένας τύπος νουκλεϊκό οξύ αποτελούνται από πολλές υπομονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Κάθε νουκλεοτίδιο έχει τρία μέρη: ένα σάκχαρο ριβόζης 5-άνθρακα, μια φωσφορική ομάδα και μια άζωτο βάση. Δύο συμπληρωματικά σκέλη του DNA ενώνονται χάρη στη σύνδεση υδρογόνου μεταξύ του αζωτούχες βάσεις που επιτρέπει στο DNA να κάνει μια μορφή σαν σκάλα που στρίβει στη διάσημη διπλή έλικα.
Συνδέεται μεταξύ των αζωτούχων βάσεων που επιτρέπει τη διαμόρφωση αυτής της δομής. Στο DNA, υπάρχουν τέσσερις επιλογές αζώτου βάσης: αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G). Κάθε βάση μπορεί να συνδέεται μόνο μεταξύ τους, A με T και C με G. Αυτό ονομάζεται το συμπληρωματικός κανόνας σύζευξης βάσεων ή Ο κανόνας του Chargaff.
Οι τέσσερις αζωτούχες βάσεις
Στο DNA νουκλεοτίδιο υπομονάδες, υπάρχουν τέσσερις αζωτούχες βάσεις:
- Αδενίνη (Α)
- Θυμίνη (Τ)
- Κυτοσίνη (C)
- Γουανίνη (G)
Κάθε μία από αυτές τις βάσεις μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: βάσεις πουρίνης και βάσεις πυριμιδίνης.
Η αδενίνη και η γουανίνη είναι παραδείγματα βάσεις πουρίνης. Αυτό σημαίνει ότι η δομή τους είναι ένας δακτύλιος έξι ατόμων που περιέχει άζωτο συνδεδεμένος με έναν δακτύλιο πέντε ατόμων που περιέχει άζωτο που μοιράζεται δύο άτομα για να συνδυάσει τους δύο δακτυλίους.
Η θυμίνη και η κυτοσίνη είναι παραδείγματα βάσεις πυριμιδίνης. Αυτές οι βάσεις αποτελούνται από έναν μόνο δακτύλιο έξι ατόμων που περιέχει άζωτο.
Σημείωση: Το RNA αντικαθιστά τη θυμίνη με μια διαφορετική βάση πυριμιδίνης που ονομάζεται ουρακίλη (U).
Ο κανόνας του Chargaff
Ο κανόνας του Chargaff, επίσης γνωστός ως κανόνας συμπληρωματικής σύζευξης βάσης, δηλώνει ότι τα ζεύγη βάσεων DNA είναι πάντα αδενίνη με θυμίνη (Α-Τ) και κυτοσίνη με γουανίνη (C-G). Μια πουρίνη συνδυάζεται πάντα με μια πυριμιδίνη και το αντίστροφο. Ωστόσο, το Α δεν ταιριάζει με το C, παρά το ότι είναι πουρίνη και πυριμιδίνη.
Αυτός ο κανόνας πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα Erwin Chargaff που ανακάλυψε ότι υπάρχουν ουσιαστικά ίσοι συγκεντρώσεις αδενίνης και θυμίνη, καθώς και γουανίνη και κυτοσίνη σε όλα σχεδόν τα μόρια DNA. Αυτές οι αναλογίες μπορούν να διαφέρουν μεταξύ των οργανισμών, αλλά οι πραγματικές συγκεντρώσεις του Α είναι πάντα ουσιαστικά ίσες με το Τ και ίδιες με τις G και C. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους, υπάρχουν περίπου:
- 30,9 τοις εκατό αδενίνη
- 29,4 τοις εκατό θυμίνης
- 19,8 τοις εκατό κυτοσίνη
- 19,9 τοις εκατό Γουανίνη
Αυτό υποστηρίζει τον συμπληρωματικό κανόνα ότι το Α πρέπει να ζευγαρώσει με το Τ και το C πρέπει να ζευγαρωθούν με το G.
Εξήγησε ο κανόνας του Chargaff
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Έχει να κάνει και τα δύο με το σύνδεση υδρογόνου που ενώνει τους συμπληρωματικούς κλώνους DNA μαζί με το διαθέσιμος χώρος μεταξύ των δύο κλώνων.
Πρώτον, υπάρχουν περίπου 20 Å (angstroms, όπου ένα angstrom είναι ίσο με 10-10 μέτρα) μεταξύ δύο συμπληρωματικών κλώνων του DNA. Δύο πουρίνες και δύο πυριμιδίνες μαζί θα καταλάμβαναν πολύ χώρο για να χωρέσουν στο χώρο μεταξύ των δύο κλώνων. Γι 'αυτό το Α δεν μπορεί να συνδεθεί με το G και το C δεν μπορεί να συνδεθεί με το T.
Αλλά γιατί δεν μπορείτε να ανταλλάξετε ποιους δεσμούς πουρίνης με ποια πυριμιδίνη; Η απάντηση έχει να κάνει με σύνδεση υδρογόνου που συνδέει τις βάσεις και σταθεροποιεί το μόριο DNA.
Τα μόνα ζεύγη που μπορούν να δημιουργήσουν δεσμούς υδρογόνου σε αυτόν τον χώρο είναι η αδενίνη με θυμίνη και η κυτοσίνη με γουανίνη. Τα Α και Τ σχηματίζουν δύο δεσμούς υδρογόνου ενώ οι C και G σχηματίζουν τρεις. Αυτοί οι δεσμοί υδρογόνου συνδέουν τους δύο κλώνους και σταθεροποιούν το μόριο, το οποίο του επιτρέπει να σχηματίζει τη σκάλα διπλή έλικα.
Χρήση συμπληρωματικών κανόνων ζευγαρώματος βάσης
Γνωρίζοντας αυτόν τον κανόνα, μπορείτε να καταλάβετε το συμπληρωματικό σκέλος σε ένα μόνο κλώνο DNA που βασίζεται μόνο στην ακολουθία ζευγών βάσεων. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι γνωρίζετε την ακολουθία ενός κλώνου DNA που έχει ως εξής:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Χρησιμοποιώντας τους συμπληρωματικούς κανόνες σύζευξης βάσεων, μπορείτε να συμπεράνετε ότι το συμπληρωματικό σκέλος είναι:
TTCGACCAAAACTGCTG
Οι κλώνοι RNA είναι επίσης συμπληρωματικοί με την εξαίρεση ότι το RNA χρησιμοποιεί ουρακίλη αντί θυμίνης. Έτσι, μπορείτε επίσης να συμπεράνετε τον κλώνο mRNA που θα παράγεται από αυτόν τον πρώτο κλώνο DNA. Θα ήταν:
UUCGACCAAAACUGCUG