Hva er den komplementære baseparringsregelen?

Deoksyribonukleinsyre (DNA) er det som koder for alle mobilnettet genetisk informasjon på jorden. Hele cellelivet fra de minste bakteriene til den største hvalen i havet bruker DNA som sitt genetiske materiale.

Merk: Noen virus bruker DNA som genetisk materiale. Imidlertid bruker noen virus RNA i stedet.

DNA er en type nukleinsyre består av mange underenheter kalt nukleotider. Hvert nukleotid har tre deler: et 5-karbon ribosesukker, en fosfatgruppe og en nitrogenholdig base. To komplementære tråder av DNA kommer sammen takket være hydrogenbinding mellom nitrogenholdige baser som lar DNA lage en stige-lignende form som vrir seg inn i den berømte dobbel-helixen.

Det er binding mellom de nitrogenholdige basene som gjør at denne strukturen kan dannes. I DNA er det fire nitrogenholdige basealternativer: adenin (A), tymin (T), cytosin (C) og guanin (G). Hver base kan bare binde seg til hverandre, A med T og C med G. Dette kalles utfyllende baseparringsregel eller Chargaffs regel.

I DNA nukleotid underenheter, det er fire nitrogenholdige baser:

1. Adenine (A)
2. Tymin (T)
3. Cytosin (C)
4. Guanine (G)

Hver av disse basene kan deles inn i to kategorier: purinbaser og pyrimidinbaser.

Adenin og guanin er eksempler på purinbaser. Dette betyr at strukturen deres er en nitrogenholdig seks atomring sammen med en nitrogenholdig fem atomring som deler to atomer for å kombinere de to ringene.

Tymin og cytosin er eksempler på pyrimidinbaser. Disse basene består av en enkelt nitrogenholdig seks atomring.

Merk: RNA erstatter tymin med en annen pyrimidinbase kalt uracil (U).

Chargaffs regel, også kjent som den komplementære baseparringsregelen, sier at DNA-basepar alltid er adenin med tymin (A-T) og cytosin med guanin (C-G). En purin pares alltid med en pyrimidin og omvendt. Imidlertid parrer A seg ikke med C, til tross for at det er purin og pyrimidin.

Denne regelen er oppkalt etter forskeren Erwin Chargaff som oppdaget at det i det vesentlige er like konsentrasjoner av adenin og tymin så vel som guanin og cytosin i nesten alle DNA-molekyler. Disse forholdene kan variere mellom organismer, men de faktiske konsentrasjonene av A er alltid i det vesentlige like T og samme med G og C. For eksempel hos mennesker er det omtrent:

• 30,9 prosent Adenine
• 29,4 prosent tymin
• 19,8 prosent cytosin
  
• 19,9 prosent guanin

Dette støtter den utfyllende regelen om at A må parres med T og C må parres med G.

Hvorfor er dette tilfelle?

Det har å gjøre begge deler med hydrogenbinding som slutter seg til de komplementære DNA-strengene sammen med ledig plass mellom de to trådene.

For det første er det omtrent 20 Å (angstrøm, hvor en angstrøm er lik 10^-10 meter) mellom to komplementære DNA-tråder. To puriner og to pyrimidiner sammen ville ganske enkelt ta for mye plass til å kunne passe i rommet mellom de to trådene. Dette er grunnen til at A ikke kan binde seg til G og C ikke kan binde seg til T.

Men hvorfor kan du ikke bytte hvilke purinbindinger som pyrimidin? Svaret har å gjøre med hydrogenbinding som forbinder basene og stabiliserer DNA-molekylet.

De eneste parene som kan skape hydrogenbindinger i det rommet er adenin med tymin og cytosin med guanin. A og T danner to hydrogenbindinger mens C og G danner tre. Det er disse hydrogenbindinger som forbinder de to strengene og stabiliserer molekylet, noe som gjør det mulig å danne stigenlignende dobbeltspiralen.

Å vite denne regelen, kan du finne ut utfyllende streng til en enkelt DNA-streng bare basert på basepar-sekvensen. La oss for eksempel si at du kjenner sekvensen til en DNA-streng som er som følger:

AAGCTGGTTTTGACGAC

Ved å bruke de komplementære baseparringsreglene kan du konkludere med at den komplementære strengen er:

TTCGACCAAAACTGCTG

RNA-tråder er også komplementære med unntak av at RNA bruker uracil i stedet for tymin. Så du kan også utlede mRNA-strengen som ville bli produsert fra den første DNA-strengen. Det vil bli:

UUCGACCAAAACUGCUG