מהו כלל זיווג הבסיס המשלים?

חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) היא המקודדת לכולם תָאִי מידע גנטי על כדור הארץ. כל חיי התאים החל מהחיידקים הקטנים ביותר ועד לוויתן הגדול ביותר באוקיאנוס משתמשים ב- DNA כחומר הגנטי שלהם.

הערה: ישנם נגיפים המשתמשים ב- DNA כחומר הגנטי שלהם. עם זאת, ישנם וירוסים המשתמשים במקום זאת ב- RNA.

DNA הוא סוג של חומצות גרעין מורכב מיחידות משנה רבות הנקראות נוקלאוטידים. לכל נוקלאוטיד שלושה חלקים: סוכר ריבוז עם 5 פחמן, קבוצת פוספט ובסיס חנקני. שתיים קווצות משלימות של ה- DNA מתאחדים בזכות קשירת מימן בין בסיסים חנקניים המאפשר ל- DNA ליצור צורה דמוית סולם המתפתלת לסליל הכפול המפורסם.

הקשר בין בסיסי החנקן מאפשר להיווצר מבנה זה. ב- DNA ישנן ארבע אפשרויות בסיס חנקניות: אדנין (A), תימין (T), ציטוזין (C) וגואנין (G). כל בסיס יכול להתקשר רק אחד עם השני, A עם T ו- C עם G. זה נקרא כלל זיווג בסיס משלים אוֹ שלטונו של צ'רגף.

ב- DNA נוקלאוטיד יחידות משנה, יש ארבעה בסיסים חנקניים:

1. אדנין (A)
2. תימין (T)
3. ציטוזין (C)
4. גואנין (G)

כל אחד מהבסיסים הללו ניתן לחלק לשתי קטגוריות: בסיסי פורין ו בסיסי פירימידין.

אדנין וגואנין הם דוגמאות ל

תימין וציטוזין הם דוגמאות ל בסיסי פירימידין. בסיסים אלה מורכבים מטבעת אטום אחת המכילה חנקן.

הערה: RNA מחליף את התימין בבסיס פירימידין שונה הנקרא uracil (U).

הכלל של צ'רגף, הידוע גם בשם כלל זיווג בסיסים משלים, קובע כי זוגות בסיסי DNA הם תמיד אדנין עם תימין (A-T) וציטוזין עם גואנין (C-G). פורין תמיד מתמזג עם פירימידין ולהיפך. עם זאת, A אינו זוג עם C, למרות היותו פורין ופירימידין.

כלל זה נקרא על שם המדען ארווין צ'רגף שגילה שישנם שווים במהותם ריכוזי אדנין ותימין כמו גם גואנין וציטוזין כמעט בכל מולקולות ה- DNA. יחסים אלה יכולים להשתנות בין אורגניזמים, אך הריכוזים בפועל של A תמיד שווים למעשה ל- T וזהה ל- G ו- C. לדוגמה, אצל בני אדם יש בערך:

• 30.9 אחוז אדנין
• 29.4 אחוז תימין
• 19.8 אחוז ציטוזין
  
• 19.9 אחוז גואנין

זה תומך בכלל המשלים ש- A חייב להתאים עם T ו- C חייבים להתאים עם G.

אבל למה זה המקרה?

זה קשור לשניהם עם ה- קשירת מימן המצטרף לחוטי ה- DNA המשלימים יחד עם ה- שטח פנוי בין שני הגדילים.

ראשית, ישנם כ -20 Å (אנגסטרום, כאשר אנגסטרום אחד שווה ל -10^-10 מטר) בין שני גדילי DNA משלימים. שני פורינים ושני פירימידינים יחדיו פשוט יתפסו יותר מדי מקום בכדי להתאים לחלל שבין שני הגדילים. זו הסיבה ש- A אינו יכול לקשור עם G ו- C אינו יכול לקשור עם T.

אבל מדוע אינך יכול להחליף אילו קשרי פורין עם איזה פירימידין? התשובה קשורה ל קשירת מימן שמחבר את הבסיסים ומייצב את מולקולת ה- DNA.

הזוגות היחידים שיכולים ליצור קשרי מימן במרחב זה הם אדנין עם תימין וציטוזין עם גואנין. A ו- T יוצרים שני קשרי מימן ואילו C ו- G יוצרים שלוש. קשרי מימן אלה הם המצטרפים לשני הגדילים ומייצבים את המולקולה, המאפשרת לה ליצור את הסולם הליקס כפול.

לדעת הכלל הזה, אתה יכול להבין את גדיל משלים לחוט DNA יחיד המבוסס רק על רצף זוג הבסיסים. לדוגמא, נניח שאתה מכיר את הרצף של גדיל DNA אחד שהוא כדלקמן:

AAGCTGGTTTTGACGAC

באמצעות כללי הזיווג הבסיסיים המשלימים, אתה יכול להסיק שהגדיל המשלים הוא:

TTCGACCAAAACTGCTG

גדילי RNA משלימים גם למעט כי RNA משתמש ב- uracil במקום ב- thymine. אז אתה יכול גם להסיק את גדיל ה- mRNA שיופק מאותו גדיל ה- DNA הראשון. זה יהיה:

UUCGACCAAAACUGCUG