Deoxyribonucleïnezuur (DNA) codeert voor iedereen mobiel genetische informatie op aarde. Al het cellulaire leven, van de kleinste bacterie tot de grootste walvis in de oceaan, gebruikt DNA als genetisch materiaal.
Opmerking: Sommige virussen gebruiken DNA als hun genetisch materiaal. Sommige virussen gebruiken in plaats daarvan echter RNA.
DNA is een soort Nucleïnezuur opgebouwd uit vele subeenheden die nucleotiden worden genoemd. Elk nucleotide bestaat uit drie delen: een 5-koolstofribosesuiker, een fosfaatgroep en een stikstofbase. Twee complementaire strengen van DNA komen samen dankzij waterstofbinding tussen de stikstofbasen waardoor DNA een ladderachtige vorm kan maken die in de beroemde dubbele helix draait.
Het is de binding tussen de stikstofbasen waardoor deze structuur zich kan vormen. In DNA zijn er vier stikstofbasen: adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). Elke base kan alleen met elkaar binden, A met T en C met G. Dit heet de complementaire basenparing regel of De regel van Chargaff.
De vier stikstofbasen
In DNA nucleotide subeenheden, zijn er vier stikstofbasen:
- Adenine (A)
- Thymine (T)
- Cytosine (C)
- Guanine (G)
Elk van deze bases kan worden onderverdeeld in twee categorieën: purine basen en pyrimidinebasen.
Adenine en guanine zijn voorbeelden van purine basen. Dit betekent dat hun structuur een stikstofbevattende ring met zes atomen is, verbonden met een stikstofbevattende ring met vijf atomen die twee atomen delen om de twee ringen te combineren.
Thymine en cytosine zijn voorbeelden van pyrimidinebasen. Deze basen bestaan uit een enkele stikstofhoudende ring met zes atomen.
Opmerking: RNA vervangt thymine door een andere pyrimidinebase genaamd uracil (U).
De regel van Chargaff
De regel van Chargaff, ook bekend als de regel voor complementaire basenparen, stelt dat DNA-basenparen altijd adenine met thymine (A-T) en cytosine met guanine (C-G) zijn. Een purine gaat altijd samen met een pyrimidine en vice versa. A past echter niet bij C, ondanks dat het een purine en een pyrimidine is.
Deze regel is vernoemd naar de wetenschapper Erwin Chargaff die ontdekte dat er in wezen gelijken zijn concentraties van adenine en thymine evenals guanine en cytosine in bijna alle DNA-moleculen. Deze verhoudingen kunnen variëren tussen organismen, maar de werkelijke concentraties van A zijn altijd in wezen gelijk aan T en hetzelfde met G en C. Bij mensen is er bijvoorbeeld ongeveer:
- 30,9 procent adenine
- 29,4 procent thymine
- 19,8 procent cytosine
- 19,9 procent Guanine
Dit ondersteunt de complementaire regel dat A moet paren met T en C moet paren met G.
De regel van Chargaff uitgelegd
Waarom is dit echter het geval?
Het heeft beide te maken met de waterstofbinding die de complementaire DNA-strengen verbindt met de beschikbare ruimte tussen de twee strengen.
Ten eerste zijn er ongeveer 20 Å (angstroms, waarbij één angstrom gelijk is aan 10-10 meter) tussen twee complementaire DNA-strengen. Twee purines en twee pyrimidines samen zouden simpelweg te veel ruimte innemen om in de ruimte tussen de twee strengen te passen. Dit is de reden waarom A niet kan binden met G en C niet kan binden met T.
Maar waarom kun je welke purinebindingen niet verwisselen met welke pyrimidine? Het antwoord heeft te maken met waterstofbinding die de basen verbindt en het DNA-molecuul stabiliseert.
De enige paren die waterstofbruggen in die ruimte kunnen creëren, zijn adenine met thymine en cytosine met guanine. A en T vormen twee waterstofbruggen, terwijl C en G er drie vormen. Het zijn deze waterstofbruggen die de twee strengen verbinden en het molecuul stabiliseren, waardoor het de ladderachtige vorm kan krijgen dubbele helix.
Aanvullende regels voor basenparen gebruiken
Als u deze regel kent, kunt u de complementaire streng tot een enkele DNA-streng alleen gebaseerd op de basenpaarsequentie. Laten we bijvoorbeeld zeggen dat u de volgorde van één DNA-streng kent die als volgt is:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Met behulp van de regels voor complementaire basenparen kun je concluderen dat de complementaire streng is:
TTCGACCAAAACTGCTG
RNA-strengen zijn ook complementair, behalve dat RNA uracil gebruikt in plaats van thymine. Je kunt dus ook de mRNA-streng afleiden die uit die eerste DNA-streng zou worden geproduceerd. Het zou zijn:
UUCGACCAAAACUGCUG