חומצה דאוקסיריבונוקלאית, המכונה בדרך כלל DNA, היא החומר הגנטי העיקרי כמעט לכל החיים. ישנם וירוסים המשתמשים בחומצה ריבונוקלאית (RNA) במקום ב- DNA, אך כל חיי התאים משתמשים ב- DNA.
ה- DNA עצמו הוא מקרומולקולה המורכבת משני גדילים משלימים המורכבים כל אחד מתת יחידות בודדות הנקראות נוקלאוטידים. קשרים אלו נוצרים בין רצף הבסיס המשלים של בסיסי החנקן המחזיקים את שני גדילי הדנ"א ויוצרים את המבנה הסלילי הכפול שהופך את ה- DNA למפורסם.
מבנה דנ"א ורכיבים
כאמור, DNA הוא מקרומולקולה המורכבת מתת-יחידות בודדות הנקראות נוקלאוטידים. לכל נוקלאוטיד שלושה חלקים:
- סוכר deoxyribose.
- קבוצת פוספט.
- בסיס חנקני.
נוקלאוטידי DNA יכולים להכיל אחד מארבעה בסיסים חנקניים. בסיסים אלה הם אדנין (A), תימין (T), גואנין (G) וציטוזין (C).
נוקלאוטידים אלה מתאחדים ויוצרים שרשראות ארוכות המכונות קווצות DNA. שתיים גדילי DNA משלימים נקשרים זה לזה במה שנראה כמו סולם לפני שמתפתלים לצורת הסליל הכפול.
שני הגדילים מוחזקים יחד באמצעות קשרי מימן שנוצרים בין בסיסי החנקן. אדנין (A) יוצר קשרים עם תימין (T) ואילו ציטוזין (C) יוצר קשרים עם גואנין (G); A רק זוגות תמיד עם T, ו- C רק זוגות עם G.
הגדרה משלימה (ביולוגיה)
בביולוגיה, במיוחד במונחים של גנטיקה ו- DNA, מַשׁלִים פירושו שלגדיל הפולינוקלאוטיד המשויך לגדיל הפולינוקלאוטיד השני יש רצף בסיס חנקני שהוא ההשלמה ההפוכה, או הצמד, של החוט השני.
כך, למשל, השלמת הגואנין היא ציטוזין מכיוון שזה הבסיס שישתווה לגואנין; השלמת הציטוזין היא גואנין. היית אומר גם שההשלמה של אדנין היא תימין, ולהיפך.
זה נכון לאורך כל גדיל ה- DNA ולכן שני גדילי ה- DNA נקראים קווצות משלימות. כל בסיס ובסיס של גדיל יחיד של DNA יראה את השלמתו תואמת אותו על הגדיל השני.
הכלל המשלים לבסיס זיווג של צ'רגף
הכלל של צ'רגף קובע כי A נקשר רק עם T ו- C נקשר רק עם G בחוט DNA. זה נקרא על שם המדען ארווין צ'רגף, שגילה שבכל מולקולת DNA, אחוז ה גואנין תמיד שווה בערך לאחוז הציטוזין עם אותו נכון לגבי אדנין ו- תימין.
מכאן הוא הסיק כי ג 'קושר עם G ו- A קשור עם T.
מדוע עבודות זיווג בסיסים משלימות
מדוע A קושר רק עם T ו- C רק עם G? מדוע A ו- T משלימים זה את זה ולא A ו- C או A ו- G? התשובה קשורה למבנה בסיסי החנקן ולקשרי המימן שנוצרים ביניהם.
אדנין וגואנין ידועים בשם פורינים ואילו תימין וגואנין ידועים בשם פירימידינים. כל המשמעות היא שמבני אדנין וגואנין מורכבים מטבעת 6 אטומים ומטבעת 5 אטומים החולקים שני אטומים ואילו ציטוזין ותימין מורכבים מטבעת 6 אטומים בלבד. בעזרת DNA, פורין יכול להיקשר רק עם פירימידין; אתה לא יכול לקבל שני פורינים ושני פירמידינים יחד.
הסיבה לכך היא ששני פורינים המתחברים יחד יתפסו יותר מדי מקום בין שני גדילי ה- DNA, מה שישפיע על המבנה ולא יאפשר להחזיק את הגדילים כהלכה. כנ"ל לגבי שני פירימידינים, אלא שהם היו תופסים מעט מדי מקום.
לפי ההיגיון הזה, A יכול לקשור עם C אז, נכון? ובכן לא. הגורם הנוסף שגורם לזוגות A-T ו- C-G לעבוד קשירת מימן בין הבסיסים. קשרים אלו הם המחזיקים למעשה את שני גדילי ה- DNA ומייצבים את המולקולה.
קשרי מימן יכולים להיווצר רק בין אדנין לתימין. הם גם נוצרים רק בין ציטוזין לגואנין. קשרים אלו הם שמאפשרים להשלים A-T ו- C-G להיווצר, ובכך לגרום ל- DNA להיות שני קווצות קשורות משלימות.
החלת כללי זיווג בסיסים משלימים
בידיעה כיצד גדילי DNA משתלבים יחד עם כללי ההתאמה הבסיסיים הללו, אתה יכול להסיק כמה דברים שונים.
נניח שיש לך רצף DNA של גן ספציפי על גדיל אחד של DNA. לאחר מכן תוכל להשתמש בכללי זיווג בסיסים משלימים כדי להבין את גדיל ה- DNA האחר המרכיב את מולקולת ה- DNA. לדוגמה, נניח שיש לך את הרצף הבא:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
אתה יודע ש- A ו- T הם משלימים זה את זה ו- C ו- G הם משלים זה לזה. כלומר, גדיל ה- DNA המתאים לזו שלעיל הוא:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT