Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) koduje wszystko komórkowy informacje genetyczne na Ziemi. Całe życie komórkowe, od najmniejszych bakterii do największych wielorybów w oceanie, wykorzystuje DNA jako materiał genetyczny.
Uwaga: Niektóre wirusy wykorzystują DNA jako materiał genetyczny. Jednak niektóre wirusy zamiast tego używają RNA.
DNA jest rodzajem kwasu nukleinowego składa się z wielu podjednostek zwanych nukleotydami. Każdy nukleotyd składa się z trzech części: 5-węglowego cukru rybozy, grupy fosforanowej i zasady azotowej. Dwa komplementarne nici DNA łączą się dzięki wiązaniom wodorowym między zasady azotowe który pozwala DNA stworzyć formę przypominającą drabinę, która skręca się w słynną podwójną helisę.
To wiązanie między zasadami azotowymi, które pozwala na uformowanie się tej struktury. W DNA istnieją cztery opcje zasad azotowych: adenina (A), tymina (T), cytozyna (C) i guanina (G). Każda podstawa może wiązać się tylko ze sobą, A z T i C z G. To się nazywa komplementarna zasada parowania zasad lub Zasada Chargaffa.
Cztery zasady azotowe
W DNA nukleotyd podjednostki, istnieją cztery zasady azotowe:
- Adenina (A)
- Tymina (T)
- Cytozyna (C)
- Guanina (G)
Każdą z tych baz można podzielić na dwie kategorie: bazy purynowe i zasady pirymidynowe.
Adenina i guanina to przykłady bazy purynowe. Oznacza to, że ich struktura jest sześcioatomowym pierścieniem zawierającym azot połączonym z pięcioatomowym pierścieniem zawierającym azot, który łączy dwa atomy w celu połączenia dwóch pierścieni.
Tymina i cytozyna są przykładami zasady pirymidynowe. Te zasady składają się z pojedynczego pierścienia sześcioatomowego zawierającego azot.
Uwaga: RNA zastępuje tyminę inną zasadą pirymidynową zwaną uracylem (U).
Zasada Chargaffaaff
Reguła Chargaffa, znana również jako reguła parowania komplementarnych zasad, stwierdza, że pary zasad DNA to zawsze adenina z tyminą (A-T) i cytozyna z guaniną (C-G). Puryna zawsze łączy się z pirymidyną i odwrotnie. Jednak A nie łączy się z C, mimo że jest puryną i pirymidyną.
Ta zasada została nazwana na cześć naukowca Erwina Chargaffa, który odkrył, że są zasadniczo równe stężenia adeniny oraz tymina, a także guanina i cytozyna w prawie wszystkich cząsteczkach DNA. Te stosunki mogą się różnić między organizmami, ale rzeczywiste stężenia A są zawsze zasadniczo równe T i takie same w przypadku G i C. Na przykład u ludzi jest około:
- 30,9 procent adeniny
- 29,4 procent tyminy
- 19,8 procent cytozyny
- 19,9 procent guaniny
To wspiera komplementarną zasadę, że A musi sparować się z T, a C musi sparować się z G.
Wyjaśnienie zasady Chargaffaaff
Dlaczego jednak tak jest?
Ma to związek zarówno z wiązanie wodorowe który łączy komplementarne nici DNA wraz z wolne miejsce między dwoma pasmami.
Po pierwsze, istnieje około 20 Å (angstremów, gdzie jeden angstrem równa się 10-10 metrów) między dwiema komplementarnymi nićmi DNA. Dwie puryny i dwie pirymidyny razem zajęłyby po prostu zbyt dużo miejsca, aby zmieścić się w przestrzeni między dwiema nitkami. Dlatego A nie może wiązać się z G, a C nie może wiązać się z T.
Ale dlaczego nie możesz zamienić wiązań purynowych z którą pirymidyną? Odpowiedź ma związek z wiązanie wodorowe który łączy zasady i stabilizuje cząsteczkę DNA.
Jedyne pary, które mogą tworzyć wiązania wodorowe w tej przestrzeni, to adenina z tyminą i cytozyna z guaniną. A i T tworzą dwa wiązania wodorowe, a C i G tworzą trzy. To właśnie te wiązania wodorowe łączą dwie nici i stabilizują cząsteczkę, co pozwala jej utworzyć drabinkę podwójna helisa.
Korzystanie z komplementarnych zasad parowania Base
Znając tę zasadę, możesz zrozumieć figure uzupełniająca nić do pojedynczej nici DNA opartej tylko na sekwencji par zasad. Załóżmy na przykład, że znasz sekwencję jednej nici DNA, która wygląda następująco:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Korzystając z zasad parowania komplementarnych zasad, możesz wywnioskować, że nić komplementarna to:
TTCGACCAAAAACTGCTG
Nici RNA są również komplementarne, z wyjątkiem tego, że RNA wykorzystuje uracyl zamiast tyminy. Tak więc można również wywnioskować, która nić mRNA zostałaby wytworzona z tej pierwszej nici DNA. To byłby:
UUCGACCAAAACUGCUG