Deoksiribonukleinska kiselina (DNA) je ono što kodira za sve stanični genetske informacije na Zemlji. Sav stanični život od najmanjih bakterija do najvećeg kita u oceanu koristi DNK kao svoj genetski materijal.
Bilješka: Neki virusi koriste DNK kao svoj genetski materijal. Međutim, neki virusi umjesto toga koriste RNA.
DNA je vrsta nukleinske kiseline koju čine mnoge podjedinice koje se nazivaju nukleotidi. Svaki nukleotid ima tri dijela: šećer s 5 ugljika ribozom, fosfatnu skupinu i dušičnu bazu. Dva komplementarne niti DNA se okupljaju zahvaljujući vodikovoj vezi između dušične baze koji omogućava DNK da napravi oblik ljestve koji se uvija u poznatu dvostruku zavojnicu.
Veza između dušičnih baza omogućuje stvaranje ove strukture. U DNA postoje četiri opcije dušične baze: adenin (A), timin (T), citozin (C) i gvanin (G). Svaka baza može se povezati samo jedna s drugom, A s T i C s G. To se naziva komplementarno pravilo sparivanja baze ili Chargaffova vladavina.
Četiri dušične baze
U DNK nukleotid podjedinice, postoje četiri dušične baze:
- Adenin (A)
- Timin (T)
- Citozin (C)
- Gvanin (G)
Svaka od ovih osnova može se podijeliti u dvije kategorije: purinske baze i pirimidinske baze.
Adenin i gvanin su primjeri purinske baze. To znači da je njihova struktura prsten s šest dušika koji sadrži dušik, a povezan je s prstenom s pet atoma koji sadrži dušik i koji dijele dva atoma kako bi se kombinirala dva prstena.
Primjer su timin i citozin pirimidinske baze. Te baze sastoje se od jednog prstena sa šest dušika koji sadrži dušik.
Bilješka: RNA zamjenjuje timin drugom pirimidinskom bazom koja se naziva uracil (U).
Chargaffovo pravilo
Chargaffovo pravilo, poznato i kao pravilo komplementarnog uparivanja baza, navodi da su parovi baza DNA uvijek adenin s timinom (A-T) i citozin s gvaninom (C-G). Purin se uvijek udružuje s pirimidinom i obrnuto. Međutim, A se ne udružuje s C, unatoč tome što su purin i pirimidin.
Ovo je pravilo nazvano po znanstveniku Erwinu Chargaffu koji je otkrio da postoje u biti jednaki koncentracije adenina i timin, kao i gvanin i citozin unutar gotovo svih molekula DNA. Ti se omjeri mogu razlikovati među organizmima, ali stvarne koncentracije A uvijek su u osnovi jednake T, a iste su i kod G i C. Na primjer, kod ljudi postoji otprilike:
- 30,9 posto Adenina
- 29,4 posto Timin
- 19,8 posto citozina
- 19,9 posto gvanina
To podupire komplementarno pravilo da se A mora spariti s T, a C s G.
Objašnjeno Chargaffino pravilo
Zašto je to slučaj?
To ima veze s vodikova veza koji se pridružuje komplementarnim DNA lancima zajedno s slobodan prostor između dvaju niti.
Prvo, postoji oko 20 Å (angstrema, gdje je jedan angstrom jednak 10-10 metara) između dva komplementarna lanca DNA. Dva purina i dva pirimidina zajedno bi jednostavno zauzeli previše prostora da bi mogli stati u prostor između dva lanca. Zbog toga se A ne može povezati s G, a C ne može povezati s T.
Ali zašto ne možete zamijeniti koje purinske veze s kojim pirimidinom? Odgovor je povezan s vodikova veza koji povezuje baze i stabilizira molekulu DNA.
Jedini parovi koji mogu stvoriti vodikove veze u tom prostoru su adenin s timinom i citozin s gvaninom. A i T tvore dvije vodikove veze dok C i G tvore tri. Te vodikove veze spajaju dvije niti i stabiliziraju molekulu, što joj omogućuje stvaranje ljestvičastih dvostruka zavojnica.
Korištenje dopunskih pravila sparivanja baze
Poznavajući ovo pravilo, možete shvatiti komplementarni pramen na jedan lanac DNA koji se temelji samo na slijedu baznih parova. Na primjer, recimo da znate slijed jednog lanca DNA koji je sljedeći:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Koristeći komplementarna osnovna pravila uparivanja, možete zaključiti da je komplementarni pramen:
TTCGACCAAAACTGCTG
RNA lanci su također komplementarni, s iznimkom da RNA koristi uracil umjesto timina. Dakle, također možete zaključiti o mRNA lancu koji bi se proizveo iz tog prvog lanca DNA. Bilo bi:
UUCGACCAAAACUGCUG