Deoksiribonukleiinihappo (DNA) koodaa kaikkia solu geneettinen tieto maapallolla. Kaikissa soluelämissä pienimmistä bakteereista suurimpiin valaisiin valtameressä käytetään DNA: ta geneettisenä materiaalina.
merkintä: Jotkut virukset käyttävät DNA: ta geneettisenä materiaalina. Jotkut virukset käyttävät sen sijaan RNA: ta.
DNA on eräänlainen nukleiinihappo koostuu monista alayksiköistä, joita kutsutaan nukleotideiksi. Jokaisella nukleotidilla on kolme osaa: 5-hiilinen riboosisokeri, fosfaattiryhmä ja typpipitoinen emäs. Kaksi täydentävät säikeet DNA: ta yhdistyvät vetysidoksen ansiosta typpipitoiset emäkset mikä antaa DNA: lle mahdollisuuden tehdä tikkaiden kaltainen muoto, joka kiertyy kuuluisaksi kaksoiskierteeksi.
Se sitoutuu typpipitoisten emästen väliin, mikä sallii tämän rakenteen muodostumisen. DNA: ssa on neljä typpipohjaista emäsvaihtoehtoa: adeniini (A), tymiini (T), sytosiini (C) ja guaniini (G). Jokainen emäs voi sitoutua vain toisiinsa, A T: hen ja C G: hen. Tätä kutsutaan täydentävä emäspariliitossääntö tai Chargaffin sääntö.
Neljä typpipohjaa
DNA: ssa nukleotidi alayksiköissä on neljä typpipitoista emästä:
- Adeniini (A)
- Tymiini (T)
- Sytosiini (C)
- Guaniini (G)
Jokainen näistä perusteista voidaan jakaa kahteen luokkaan: puriiniemäkset ja pyrimidiiniemäkset.
Adeniini ja guaniini ovat esimerkkejä puriiniemäkset. Tämä tarkoittaa, että niiden rakenne on typpeä sisältävä kuusi atomirengas, joka on liitetty typpeä sisältävään viiteen atomirenkaaseen, joilla on kaksi atomia näiden kahden renkaan yhdistämiseksi.
Tymiini ja sytosiini ovat esimerkkejä pyrimidiiniemäkset. Nämä emäkset koostuvat yhdestä typpeä sisältävästä kuudesta atomirenkaasta.
merkintä: RNA korvaa tymiinin eri pyrimidiiniemäksellä, jota kutsutaan urasiiliksi (U).
Chargaffin sääntö
Chargaffin sääntö, joka tunnetaan myös komplementaarisena emäsparin muodostamissääntönä, sanoo, että DNA-emäsparit ovat aina adeniinia tymiinin (A-T) ja sytosiinin ja guaniinin (C-G) kanssa. Puriini muodostaa aina parin pyrimidiinin kanssa ja päinvastoin. A ei kuitenkaan pari C: n kanssa, vaikka se olisi puriini ja pyrimidiini.
Tämä sääntö on nimetty tiedemies Erwin Chargaffin mukaan, joka huomasi, että on olemassa olennaisilta osiltaan yhtäläisiä pitoisuudet adeniinia ja tymiini sekä guaniini ja sytosiini melkein kaikissa DNA-molekyyleissä. Nämä suhteet voivat vaihdella organismien välillä, mutta A: n todelliset pitoisuudet ovat aina olennaisesti yhtä suuria kuin T ja samat kuin G: llä ja C. Esimerkiksi ihmisillä on noin:
- 30,9 prosenttia adeniinia
- 29,4 prosenttia tymiiniä
- 19,8 prosenttia sytosiinia
- 19,9 prosenttia guaniinia
Tämä tukee täydentävää sääntöä, jonka mukaan A: n on muodostettava pari T: n kanssa ja C: n on muodostettava pari G: n kanssa.
Chargaffin sääntö selitetty
Miksi näin on kuitenkin?
Se liittyy molempiin vetysidos joka yhdistää komplementaariset DNA-säikeet yhdessä vapaata tilaa kahden säikeen välillä.
Ensinnäkin on noin 20 Å (angströmejä, joissa yksi angströmi on yhtä suuri kuin 10-10 metriä) kahden komplementaarisen DNA-juosteen välillä. Kaksi puriinia ja kaksi pyrimidiiniä vievät yksinkertaisesti liikaa tilaa voidakseen mahtua kahden säikeen väliseen tilaan. Siksi A ei voi sitoutua G: hen ja C ei voi sitoutua T: hen.
Mutta miksi et voi vaihtaa mitä puriinisidoksia minkä pyrimidiinin kanssa? Vastaus liittyy vetysidos joka yhdistää emäkset ja stabiloi DNA-molekyylin.
Ainoat parit, jotka voivat luoda vetysidoksia tässä tilassa, ovat adeniini tymiinin kanssa ja sytosiini guaniinin kanssa. A ja T muodostavat kaksi vetysidosta, kun taas C ja G muodostavat kolme. Nämä vetysidokset yhdistävät kaksi säiettä ja stabiloivat molekyylin, mikä antaa sen muodostaa tikkaat kaksoiskierre.
Peruspariliitoksen täydentävien sääntöjen käyttäminen
Tietäen tämän säännön, voit selvittää täydentävä säike yksittäiseen DNA-juosteeseen, joka perustuu vain emäsparisekvenssiin. Oletetaan esimerkiksi, että tiedät yhden DNA-juosteen sekvenssin, joka on seuraava:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Käyttämällä täydentäviä pohjapariliitossääntöjä voit päätellä, että täydentävä säike on:
TTCGACCAAAACTGCTG
RNA-säikeet ovat myös komplementaarisia lukuun ottamatta sitä, että RNA käyttää urasiilia tymiinin sijasta. Joten voit myös päätellä mRNA-juosteen, joka tuotettaisiin tuosta ensimmäisestä DNA-juosteesta. Se olisi:
UUCGACCAAAACUGCUG