A dezoxiribonukleinsav, amelyet gyakrabban DNS-nek neveznek, szinte az egész élet elsődleges genetikai anyaga. Egyes vírusok ribonukleinsavat (RNS) használnak DNS helyett, de minden sejtélet DNS-t használ.
A DNS maga egy makromolekula, amely két egymást kiegészítő szálból áll, amelyek mindegyike egyedi alegységekből áll, az úgynevezett nukleotidok. Ezek a kötések keletkeznek a nitrogén-bázisok komplementer bázissorrendje között, amelyek a két DNS-szálat összefogva alkotják a kettős spirális szerkezetet, amely híressé teszi a DNS-t.
DNS szerkezete és alkotóelemei
Mint korábban említettük, a DNS egy makromolekula, amely egyes nukleotidoknak nevezett alegységekből áll. Minden nukleotid három részből áll:
- Dezoxiribóz cukor.
- Foszfátcsoport.
- Nitrogénes bázis.
A DNS nukleotidok a négy nitrogénbázis egyikét tartalmazhatják. Ezek a bázisok az adenin (A), a timin (T), a guanin (G) és a citozin (C).
Ezek a nukleotidok összeállva hosszú láncokat képeznek, amelyeket DNS-szálaknak neveznek. Kettő komplementer DNS-szálak létrának látszó módon kötődnek egymáshoz, mielőtt a kettős spirálformába tekernének.
A két szálat a nitrogénbázisok között képződő hidrogénkötések tartják össze. Az adenin (A) kötéseket hoz létre a timinnel (T), míg a citozin (C) kötéseket képez a guaninnal (G); Egyedül csak T-vel, C pedig csak G-vel.
Kiegészítő meghatározás (biológia)
A biológiában, különös tekintettel a genetikára és a DNS-re, kiegészítő azt jelenti, hogy a második polinukleotidszállal párosított polinukleotidszál nitrogén alapú szekvenciával rendelkezik, amely a másik szál reverz komplementere vagy párja.
Tehát például a guanin komplementje a citozin, mert ez az alap, amely párosulna a guaninnal; a citozin komplementje a guanin. Azt is mondhatnád, hogy az adenin komplementje a timin, és fordítva.
Ez igaz a teljes DNS-szál mentén, ezért a DNS két szálát komplementer szálaknak nevezzük. A DNS egyetlen szálának minden egyes bázisa látni fogja annak komplementjét a másik szálon.
Chargaff kiegészítő alap-párosítási szabálya
Chargaff szabálya kimondja, hogy A csak T-vel köt, C pedig csak G-vel kötődik egy DNS-szálban. Ezt Erwin Chargaff tudósról nevezték el, aki felfedezte, hogy bármely DNS-molekulában a a guanin mindig megközelítőleg megegyezik a citozin százalékával, ugyanez igaz az adeninre és a timint.
Ebből arra következtetett, hogy C kötődik G-vel és A kötődik T-vel.
Miért működik a kiegészítő alap párosítás
Miért kötődik A csak T-vel és C csak G-vel? Miért vannak A és T komplementerek egymás között, és nem A és C, vagy A és G? A válasz a nitrogénbázisok felépítéséhez és a közöttük kialakuló hidrogénkötésekhez kapcsolódik.
Az adenin és a guanin a következőként ismert purinák míg a timint és a guanint úgy nevezik pirimidinek. Mindez azt jelenti, hogy az adenin és a guanin szerkezete egy 6 atomos és egy 5 atomos gyűrűből áll, amelyek két atomot osztanak meg, míg a citozin és a timin csak egy 6 atomos gyűrűből áll. DNS-sel a purin csak egy pirimidinnel tud kötődni; nem lehet két purin és két pirimidin együtt.
Ugyanis két purin összekapcsolódása túl sok helyet foglalna el a két DNS-szál között, ami befolyásolná a szerkezetet, és nem engedné meg a szálak megfelelő összetartását. Ugyanez vonatkozik két pirimidinre is, azzal a különbséggel, hogy túl kevés helyet foglalnak el.
Ebből a logikából kiindulva A kötődhet C-hez, igaz? Hát nem. A másik tényező, amely az A-T és a C-G párokat működésbe hozza, az hidrogénkötés a bázisok között. Ezek a kötések tulajdonképpen összetartják a két DNS-szálat és stabilizálják a molekulát.
Hidrogénkötések csak az adenin és a timin között alakulhatnak ki. Szintén csak citozin és guanin között képződnek. Ezek a kötések teszik lehetővé az A-T és a C-G komplementek kialakulását, és ezáltal a DNS-nek két komplementer kötésű szálát.
Kiegészítő alap-párosítási szabályok alkalmazása
Tudva, hogy a DNS-szálak hogyan párosulnak ezekkel az alap-párosítási szabályokkal, néhány különböző dologra következtethet.
Tegyük fel, hogy egy adott gén DNS-szekvenciája van a DNS egyik szálán. Ezután kiegészítő bázispárosítási szabályokkal megtudhatja a másik DNS-szálat, amely a DNS-molekulát alkotja. Tegyük fel például, hogy a következő sorrend van:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
Tudja, hogy A és T egymás, C és G pedig egymás kiegészítői. Ez azt jelenti, hogy a fenti DNS-szál párosul:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT