Qual è la regola complementare di abbinamento delle basi?

L'acido desossiribonucleico (DNA) è ciò che codifica per tutti cellulare informazioni genetiche sulla Terra. Tutta la vita cellulare, dai batteri più piccoli alla balena più grande dell'oceano, usa il DNA come materiale genetico.

Nota: Alcuni virus usano il DNA come materiale genetico. Tuttavia, alcuni virus utilizzano invece l'RNA.

Il DNA è un tipo di acido nucleico costituito da molte subunità chiamate nucleotidi. Ogni nucleotide ha tre parti: uno zucchero ribosio a 5 atomi di carbonio, un gruppo fosfato e una base azotata. Due filamenti complementari del DNA si uniscono grazie al legame idrogeno tra i basi azotate che consente al DNA di creare una forma simile a una scala che si attorciglia nella famosa doppia elica.

È il legame tra le basi azotate che consente la formazione di questa struttura. Nel DNA ci sono quattro opzioni di basi azotate: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). Ogni base può legarsi solo tra loro, A con T e C con G. Questo si chiama regola complementare di accoppiamento delle basi base o La regola di Chargaff.

Nel DNA nucleotide subunità, ci sono quattro basi azotate:

1. Adenina (A)
2. Timina (T)
3. Citosina (C)
4. Guanina (G)

Ognuna di queste basi può essere suddivisa in due categorie: basi puriniche e basi pirimidiniche.

Adenina e guanina sono esempi di basi puriniche. Ciò significa che la loro struttura è un anello a sei atomi contenente azoto unito a un anello a cinque atomi contenente azoto che condividono due atomi per combinare i due anelli.

Timina e citosina sono esempi di basi pirimidiniche. Queste basi sono costituite da un singolo anello a sei atomi contenente azoto.

Nota: L'RNA sostituisce la timina con una diversa base pirimidinica chiamata uracile (U).

La regola di Chargaff, nota anche come regola complementare dell'accoppiamento delle basi, afferma che le coppie di basi del DNA sono sempre adenina con timina (A-T) e citosina con guanina (C-G). Una purina si accoppia sempre con una pirimidina e viceversa. Tuttavia, A non si accoppia con C, nonostante sia una purina e una pirimidina.

Questa regola prende il nome dallo scienziato Erwin Chargaff che scoprì che esistono essenzialmente uguali concentrazioni di adenina e timina così come guanina e citosina all'interno di quasi tutte le molecole di DNA. Questi rapporti possono variare tra gli organismi, ma le concentrazioni effettive di A sono sempre essenzialmente uguali a T e uguali a G e C. Ad esempio, negli esseri umani, c'è approssimativamente:

• 30,9 percento di adenina
• 29,4 percento di timina
• 19,8 percento di citosina
  
• 19,9 per cento di guanina

Questo supporta la regola complementare che A deve accoppiarsi con T e C deve accoppiarsi con G.

Perché è così, però?

Ha a che fare sia con il legame idrogeno che unisce i filamenti di DNA complementari insieme al spazio disponibile tra i due fili.

In primo luogo, ci sono circa 20 (angstrom, dove un angstrom è uguale a 10^-10 metri) tra due filamenti complementari di DNA. Due purine e due pirimidine insieme occuperebbero semplicemente troppo spazio per potersi inserire nello spazio tra i due filamenti. Questo è il motivo per cui A non può legarsi a G e C non può legarsi a T.

Ma perché non puoi scambiare quale legame purinico con quale pirimidina? La risposta ha a che fare con legame idrogeno che collega le basi e stabilizza la molecola del DNA.

Le uniche coppie che possono creare legami idrogeno in quello spazio sono l'adenina con la timina e la citosina con la guanina. A e T formano due legami idrogeno mentre C e G ne formano tre. Sono questi legami idrogeno che uniscono i due filamenti e stabilizzano la molecola, il che le consente di formare la struttura a scala doppia elica.

Conoscendo questa regola, puoi capire il filo complementare a un singolo filamento di DNA basato solo sulla sequenza della coppia di basi. Ad esempio, supponiamo che tu conosca la sequenza di un filamento di DNA che è la seguente:

AAGCTGGTTTTGACGAC

Usando le regole di accoppiamento delle basi complementari, puoi concludere che il filamento complementare è:

TTCGACCAAAACTGCTG

Anche i filamenti di RNA sono complementari con l'eccezione che l'RNA utilizza l'uracile invece della timina. Quindi, puoi anche dedurre il filamento di mRNA che verrebbe prodotto da quel primo filamento di DNA. Sarebbe:

UUCGACCAAAACUGCUG