Deoxyribonucleïnezuur, beter bekend als DNA, is het primaire genetische materiaal voor bijna al het leven. Sommige virussen gebruiken ribonucleïnezuur (RNA) in plaats van DNA, maar al het cellulaire leven gebruikt DNA.
DNA zelf is een macromolecuul dat bestaat uit twee complementaire strengen die elk zijn opgebouwd uit individuele subeenheden die nucleotiden. Het zijn deze bindingen die zich vormen tussen de complementaire basenvolgorde van de stikstofbasen die de twee DNA-strengen bij elkaar houden om de dubbele helixstructuur te vormen die DNA beroemd maakt.
DNA-structuur en componenten
Zoals eerder vermeld, is DNA een macromolecuul dat bestaat uit individuele subeenheden die nucleotiden worden genoemd. Elk nucleotide bestaat uit drie delen:
- Een deoxyribosesuiker.
- Een fosfaatgroep.
- Een stikstofhoudende base.
DNA-nucleotiden kunnen een van de vier stikstofbasen bevatten. Deze basen zijn adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C).
Deze nucleotiden komen samen om lange ketens te vormen die bekend staan als DNA-strengen. Twee
complementaire DNA-strengen binden aan elkaar in wat lijkt op een ladder voordat ze in de dubbele helixvorm worden gewikkeld.De twee strengen worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen die zich vormen tussen de stikstofbasen. Adenine (A) vormt bindingen met thymine (T) terwijl cytosine (C) bindingen vormt met guanine (G); A koppelt altijd alleen met T, en C koppelt altijd alleen met G.
Aanvullende definitie (biologie)
In de biologie, specifiek in termen van genetica en DNA, complementair betekent dat de polynucleotidestreng die gepaard is met de tweede polynucleotidestreng een stikstofhoudende basensequentie heeft die het omgekeerde complement, of het paar, van de andere streng is.
Het complement van guanine is bijvoorbeeld cytosine, omdat dat de base is die zou paren met guanine; het complement van cytosine is guanine. Je zou ook zeggen dat het complement van adenine thymine is, en omgekeerd.
Dit geldt langs de gehele DNA-streng, daarom worden de twee DNA-strengen complementaire strengen genoemd. Elke base op een enkele DNA-streng zal zien dat zijn complement ermee overeenkomt op de andere streng.
Chargaff's aanvullende regel voor basenparen
De regel van Chargaff stelt dat A alleen bindt met T en C alleen bindt met G in een DNA-streng. Dit is genoemd naar de wetenschapper Erwin Chargaff, die ontdekte dat in elk DNA-molecuul het percentage guanine is altijd ongeveer gelijk aan het percentage cytosine, hetzelfde geldt voor adenine en thymine.
Hieruit leidde hij af dat C bindingen met G en A bindingen met T.
Waarom complementaire basenparing werkt
Waarom bindt A alleen met T en C alleen met G? Waarom zijn A en T complementen van elkaar en niet A en C of A en G? Het antwoord heeft te maken met de structuur van de stikstofbasen en de waterstofbruggen die zich daartussen vormen.
Adenine en guanine staan bekend als: purines terwijl thymine en guanine bekend staan als: pyrimidines. Dit betekent dat de structuren van adenine en guanine zijn samengesteld uit een ring met 6 atomen en een ring van 5 atomen die twee atomen delen, terwijl cytosine en thymine alleen uit een ring met 6 atomen bestaan. Met DNA kan een purine alleen binden met een pyrimidine; je kunt niet twee purines en twee pyrimidines samen hebben.
Dit komt omdat twee purines die aan elkaar hechten te veel ruimte tussen de twee DNA-strengen in beslag nemen, wat de structuur zou beïnvloeden en niet zou toelaten dat de strengen goed bij elkaar worden gehouden. Hetzelfde geldt voor twee pyrimidines, alleen zouden ze te weinig ruimte innemen.
Volgens die logica zou A zich dan met C kunnen binden, toch? Welnee. De andere factor die ervoor zorgt dat A-T- en C-G-paren werken, is: waterstofbinding tussen de bases. Het zijn deze bindingen die de twee DNA-strengen bij elkaar houden en het molecuul stabiliseren.
Waterstofbindingen kunnen zich alleen vormen tussen adenine en thymine. Ze vormen zich ook alleen tussen cytosine en guanine. Het zijn deze bindingen die het mogelijk maken om A-T- en C-G-complementen te vormen en zo ervoor te zorgen dat DNA twee complementaire gebonden strengen heeft.
Aanvullende regels voor basenparen toepassen
Als je weet hoe DNA-strengen paren met deze regels voor basenparen, kun je een paar verschillende dingen afleiden.
Laten we zeggen dat je een DNA-sequentie van een specifiek gen op één DNA-streng hebt. U kunt dan aanvullende regels voor basenparen gebruiken om de andere DNA-streng te achterhalen waaruit het DNA-molecuul bestaat. Laten we bijvoorbeeld zeggen dat u de volgende reeks hebt:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
Je weet dat A en T complementen van elkaar zijn en C en G complementen van elkaar. Dat betekent dat de DNA-streng die gepaard gaat met die hierboven is:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT