A dezoxiribonukleinsav (DNS) az, ami mindenkit kódol sejtes genetikai információk a Földön. Az összes sejtélet a legkisebb baktériumoktól kezdve a legnagyobb bálnáig az óceánban a DNS-t használja genetikai anyagukként.
Jegyzet: Egyes vírusok a DNS-t használják genetikai anyagukként. Néhány vírus azonban RNS-t használ.
A DNS egyfajta nukleinsav sok nukleotidnak nevezett alegységből áll. Minden nukleotidnak három része van: egy 5 szénatomos ribózcukor, egy foszfátcsoport és egy nitrogén bázis. Kettő kiegészítő szálak a DNS a hidrogén-kötésnek köszönhetően jön létre nitrogénes bázisok amely lehetővé teszi a DNS számára, hogy létra-szerű formát hozzon létre, amely a híres kettős spirálba fordul.
A nitrogén-bázisok közötti kötés lehetővé teszi ennek a szerkezetnek a kialakulását. A DNS-ben négy nitrogén alapú lehetőség van: adenin (A), timin (T), citozin (C) és guanin (G). Mindegyik bázis csak egymással tud kötődni, A T-vel és C G-vel. Ezt hívják kiegészítő alap párosítási szabály vagy Chargaff uralma.
A négy nitrogén alap
A DNS-ben nukleotid alegységekből négy nitrogénbázis létezik:
- Adenin (A)
- Timin (T)
- Citozin (C)
- Guanin (G)
Ezen alapok mindegyike két kategóriába sorolható: purinbázisok és pirimidin bázisok.
Az adenin és a guanin a példa erre purinbázisok. Ez azt jelenti, hogy szerkezetük nitrogéntartalmú hat atomgyűrű kapcsolódik egy nitrogéntartalmú öt atomgyűrűhöz, amelyek két atomon osztoznak a két gyűrű kombinálásához.
A timin és a citozin a példa erre pirimidin bázisok. Ezeket a bázisokat egyetlen nitrogéntartalmú hat atomgyűrű alkotja.
Jegyzet: Az RNS a timint egy másik pirimidin-bázissal helyettesíti, amelyet uracilnak (U) neveznek.
Chargaff szabálya
Chargaff-szabály, más néven komplementer bázispárosítási szabály, kimondja, hogy a DNS-bázispárok mindig adenint tartalmaznak timinnel (A-T) és citozint guaninnal (C-G). A purin mindig párosul egy pirimidinnel és fordítva. Azonban A nem párosul a C-vel, annak ellenére, hogy purin és pirimidin.
Ez a szabály Erwin Chargaff tudósról kapta a nevét, aki felfedezte, hogy léteznek lényegében azonosak az adenin koncentrációja és a timin, valamint a guanin és a citozin szinte az összes DNS-molekulában. Ezek az arányok változhatnak az élőlények között, de az A tényleges koncentrációja mindig lényegében megegyezik a T-vel, és megegyezik a G-vel és a C-vel. Például az embereknél körülbelül:
- 30,9 százalék adenin
- 29,4 százalék timin
- 19,8 százalék citozin
- 19,9 százalék guanin
Ez alátámasztja azt a kiegészítő szabályt, miszerint A-nak párosítania kell T-vel és C-vel párosítania G-vel.
Chargaff szabálya megmagyarázva
Miért van ez így?
Mindkettőhöz kapcsolódik a hidrogénkötés amely a komplementer DNS-szálakhoz csatlakozik a elérhető tér a két szál között.
Először is körülbelül 20 Å (angström, ahol egy angström 10-vel egyenlő)-10 méter) a DNS két komplementer szála között. Két purin és két pirimidin együtt egyszerűen túl sok helyet foglalna el ahhoz, hogy elférjenek a két szál közötti térben. Éppen ezért A nem kötődhet G-vel és C nem kötődhet T-vel.
De miért nem cserélheti ki melyik purinkötést melyik pirimidinnel? A válasz ehhez kapcsolódik hidrogénkötés amely összeköti az alapokat és stabilizálja a DNS-molekulát.
Az egyetlen pár, amely hidrogénkötéseket képes létrehozni ebben a térben, az adenin a timinnel és a citozin a guaninnal. A és T két hidrogénkötést, míg C és G hármat alkot. Ezek a hidrogénkötések kapcsolódnak a két szálhoz, és stabilizálják a molekulát, ami lehetővé teszi a létra-szerű kialakítását kettős spirál.
Kiegészítő alap párosítási szabályok használata
E szabály ismeretében kitalálhatja a kiegészítő szál egyetlen DNS-szálra, csak a bázispár-szekvencia alapján. Tegyük fel például, hogy ismeri az egyik DNS-szál szekvenciáját, amely a következő:
AAGCTGGTTTTGACGAC
A kiegészítő alap párosítási szabályok használatával arra a következtetésre juthat, hogy a kiegészítő szál:
TTCGACCAAAACTGCTG
Az RNS-szálak is komplementerek azzal a kivétellel, hogy az RNS timin helyett uracilt használ. Tehát arra a mRNS-szálra is következtethet, amely az első DNS-szálból termelődik. Lenne:
UUCGACCAAAACUGCUG