Deoksüribonukleiinhape (DNA) on see, mis kodeerib kõiki rakuline geneetiline teave Maal. Kogu rakuline elu alates kõige väiksematest bakteritest kuni ookeani suurima vaalani kasutab geneetilise materjalina DNA-d.
Märge: Mõned viirused kasutavad DNA-d oma geneetilise materjalina. Kuid mõned viirused kasutavad selle asemel RNA-d.
DNA on teatud tüüpi nukleiinhape koosneb paljudest allüksustest, mida nimetatakse nukleotiidideks. Igal nukleotiidil on kolm osa: 5-süsinikuga riboossuhkur, fosfaatrühm ja lämmastikuga alus. Kaks täiendavad tegevussuunad DNA-d saavad kokku tänu vesiniksidemele lämmastikalused mis võimaldab DNA-l luua redelitaolise vormi, mis keerleb kuulsaks topeltheliksiks.
See on seotud lämmastikaluste vahel, mis võimaldab sellel struktuuril tekkida. DNA-s on neli lämmastikuga aluse varianti: adeniin (A), tümiin (T), tsütosiin (C) ja guaniin (G). Iga alus saab siduda ainult üksteisega, A T-ga ja C G-ga. Seda nimetatakse täiendav baaside sidumise reegel või Chargaffi reegel.
Neli lämmastikualust
DNA-s nukleotiid on neli lämmastikuga alust:
- Adeniin (A)
- Tümiin (T)
- Tsütosiin (C)
- Guaniin (G)
Kõiki neid aluseid saab jagada kahte kategooriasse: puriinialused ja pürimidiini alused.
Adeniin ja guaniin on näited puriinialused. See tähendab, et nende struktuur on lämmastikku sisaldav kuus aatomitsüklit, mis on ühendatud lämmastikku sisaldava viie aatomiringiga, millel on kaks aatomit, et ühendada kaks tsüklit.
Tümiin ja tsütosiin on näited pürimidiini alused. Need alused koosnevad ühest lämmastikku sisaldavast kuuest aatomitsüklist.
Märge: RNA asendab tümiini erineva pürimidiinalusega, mida nimetatakse uratsiiliks (U).
Chargaffi reegel
Chargaffi reegel, mida nimetatakse ka täiendavaks aluse paaristamise reegliks, ütleb, et DNA aluspaarid on alati adeniin tümiiniga (A-T) ja tsütosiin koos guaniiniga (C-G). Puriin paarub alati pürimidiiniga ja vastupidi. Kuid A ei paaristu C-ga, hoolimata sellest, et see on puriin ja pürimidiin.
See reegel on nime saanud teadlase Erwin Chargaffi järgi, kes avastas, et seal on põhimõtteliselt võrdsed adeniini kontsentratsioon ja tümiin, samuti guaniin ja tsütosiin peaaegu kõigis DNA molekulides. Need suhted võivad organismide lõikes erineda, kuid A tegelikud kontsentratsioonid on alati põhimõtteliselt võrdsed T-ga ning samad G-ga ja C-ga. Näiteks inimestel on umbes:
- 30,9 protsenti adeniini
- 29,4 protsenti tümiini
- 19,8 protsenti tsütosiini
- 19,9 protsenti guaniini
See toetab täiendavat reeglit, mille kohaselt peab A paaruma T-ga ja C paaruma G-ga.
Chargaffi reegel on selgitatud
Miks see siiski nii on?
See on seotud mõlemaga vesinikside mis liitub komplementaarsete DNA ahelatega koos vaba ruum kahe haru vahel.
Esiteks on umbes 20 Å (angströme, kus üks angström on võrdne 10-ga-10 meetrit) kahe komplementaarse DNA ahela vahel. Kaks puriini ja kaks pürimidiini koos võtaksid lihtsalt liiga palju ruumi, et mahtuda kahe ahela vahele. Sellepärast ei saa A siduda G-ga ja C ei saa siduda T-ga.
Kuid miks ei saa milliseid puriinisidemeid millise pürimidiiniga vahetada? Vastus on seotud vesinikside mis ühendab aluseid ja stabiliseerib DNA molekuli.
Ainsad paarid, mis suudavad selles ruumis vesiniksidemeid luua, on adeniin tümiiniga ja tsütosiin guaniiniga. A ja T moodustavad kaks vesiniksidet, samas kui C ja G kolm. Need vesiniksidemed ühendavad kahte ahelat ja stabiliseerivad molekuli, mis võimaldab sellel moodustada redelilaadse kaksikheeliks.
Täiendavate aluspaarimisreeglite kasutamine
Teades seda reeglit, saate selle välja selgitada täiendav haru ühele DNA ahelale, mis põhineb ainult aluspaaride järjestusel. Oletame näiteks, et teate ühe DNA ahela järjestust, mis on järgmine:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Kasutades täiendavaid baaside sidumise reegleid, võite järeldada, et täiendav suund on:
TTCGACCAAAACTGCTG
RNA ahelad on samuti komplementaarsed, välja arvatud see, et RNA kasutab tümiini asemel uratsiili. Niisiis võite järeldada ka mRNA-ahelat, mis sellest esimesest DNA-ahelast toodaks. See oleks:
UUCGACCAAAACUGCUG