Kwas dezoksyrybonukleinowy, częściej określany jako DNA, jest podstawowym materiałem genetycznym prawie przez całe życie. Niektóre wirusy wykorzystują kwas rybonukleinowy (RNA) zamiast DNA, ale całe życie komórkowe wykorzystuje DNA.
Samo DNA jest makrocząsteczką, która składa się z dwóch komplementarnych nici, z których każda składa się z indywidualnych podjednostek zwanych nukleotydy. To właśnie te wiązania tworzą się między komplementarną sekwencją zasad azotowych, które łączą dwie nici DNA, tworząc strukturę podwójnej helisy, która czyni DNA sławnym.
Struktura i składniki DNA
Jak wspomniano wcześniej, DNA to makrocząsteczka, która składa się z pojedynczych podjednostek zwanych nukleotydami. Każdy nukleotyd składa się z trzech części:
- Cukier dezoksyrybozowy.
- Grupa fosforanowa.
- Baza azotowa.
Nukleotydy DNA mogą zawierać jedną z czterech zasad azotowych. Te zasady to adenina (A), tymina (T), guanina (G) i cytozyna (C).
Te nukleotydy łączą się, tworząc długie łańcuchy znane jako nici DNA. Dwa komplementarne nici DNA
Dwie nici są utrzymywane razem przez wiązania wodorowe, które tworzą się między zasadami azotowymi. Adenina (A) tworzy wiązania z tyminą (T), podczas gdy cytozyna (C) tworzy wiązania z guaniną (G); A zawsze paruje się tylko z T, a C zawsze paruje tylko z G.
Definicja uzupełniająca (biologia)
W biologii, a konkretnie w zakresie genetyki i DNA, uzupełniający oznacza, że nić polinukleotydowa sparowana z drugą nicią polinukleotydową ma sekwencję zasad azotowych, która jest odwrotnym dopełnieniem lub parą drugiej nici.
Na przykład dopełnieniem guaniny jest cytozyna, ponieważ jest to zasada, która łączyłaby się z guaniną; dopełnieniem cytozyny jest guanina. Można by również powiedzieć, że dopełnieniem adeniny jest tymina i vice versa.
Dotyczy to całej nici DNA, dlatego te dwie nici DNA nazywane są nićmi komplementarnymi. Każda pojedyncza zasada na pojedynczej nici DNA będzie miała pasujący do niej dopełniacz na drugiej nici.
Uzupełniająca zasada parowania zasad Chargaffa
Reguła Chargaffa mówi, że A łączy się tylko z T, a C tylko z G w nici DNA. Nazwa pochodzi od naukowca Erwina Chargaffa, który odkrył, że w każdej cząsteczce DNA procent guanina jest zawsze w przybliżeniu równa procentowi cytozyny, z tym samym dla adeniny i tymina.
Z tego wywnioskował, że C wiąże się z G, a A wiąże się z T.
Dlaczego komplementarne parowanie zasad działa?
Dlaczego A łączy się tylko z T, a C tylko z G? Dlaczego A i T się uzupełniają, a nie A i C lub A i G? Odpowiedź ma związek ze strukturą zasad azotowych i tworzących się między nimi wiązań wodorowych.
Adenina i guanina są znane jako puryn podczas gdy tymina i guanina są znane jako pirymidyny. Wszystko to oznacza, że struktury adeniny i guaniny składają się z pierścienia 6-atomowego i pierścienia 5-atomowego, które mają wspólne dwa atomy, podczas gdy cytozyna i tymina składają się tylko z pierścienia 6-atomowego. W przypadku DNA puryna może wiązać się tylko z pirymidyną; nie możesz mieć razem dwóch puryn i dwóch pirymidyn.
Dzieje się tak, ponieważ dwie puryny łączące się ze sobą zajęłyby zbyt dużo miejsca między dwiema nićmi DNA, co wpłynęłoby na strukturę i nie pozwoliłoby na prawidłowe utrzymywanie nici. To samo dotyczy dwóch pirymidyn, z wyjątkiem tego, że zajmowałyby zbyt mało miejsca.
Zgodnie z tą logiką, A może wtedy połączyć się z C, prawda? Więc nie. Innym czynnikiem, który sprawia, że pary A-T i C-G działają, jest: wiązanie wodorowe między podstawami. To właśnie te wiązania utrzymują razem dwie nici DNA i stabilizują cząsteczkę.
Wiązania wodorowe mogą tworzyć się tylko między adeniną i tyminą. Tworzą się również tylko między cytozyną a guaniną. To właśnie te wiązania umożliwiają tworzenie się komplementarnych A-T i C-G, a tym samym powodują, że DNA ma dwie komplementarne połączone nici.
Stosowanie uzupełniających zasad parowania zasad
Wiedząc, jak nić DNA paruje się razem z tymi zasadami parowania zasad, możesz wywnioskować kilka różnych rzeczy.
Powiedzmy, że masz sekwencję DNA określonego genu na jednej nici DNA. Następnie możesz użyć komplementarnych reguł parowania zasad, aby znaleźć inną nić DNA, która tworzy cząsteczkę DNA. Załóżmy na przykład, że masz następującą sekwencję:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
Wiesz, że A i T są dopełnieniami siebie nawzajem, a C i G są dopełnieniami siebie nawzajem. Oznacza to, że nić DNA, która łączy się z powyższym, to:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT