Дезоксирибонуклеиновая кислота, более известная как ДНК, является основным генетическим материалом почти для всей жизни. Некоторые вирусы используют рибонуклеиновую кислоту (РНК) вместо ДНК, но вся клеточная жизнь использует ДНК.
Сама ДНК представляет собой макромолекулу, состоящую из двух дополнительных цепей, каждая из которых состоит из отдельных субъединиц, называемых нуклеотиды. Именно эти связи образуются между комплементарной последовательностью азотистых оснований, которые удерживают вместе две нити ДНК, образуя двойную спиральную структуру, которая делает ДНК известной.
Структура и компоненты ДНК
Как указывалось ранее, ДНК - это макромолекула, состоящая из отдельных субъединиц, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из трех частей:
- Сахар дезоксирибоза.
- Фосфатная группа.
- Азотистая основа.
Нуклеотиды ДНК могут содержать одно из четырех азотистых оснований. Эти основания представляют собой аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C).
Эти нуклеотиды объединяются в длинные цепи, известные как нити ДНК. Два
комплементарные цепи ДНК соединяются друг с другом в нечто похожее на лестницу, прежде чем свернуться в форму двойной спирали.Две нити удерживаются вместе за счет водородных связей, которые образуются между азотистыми основаниями. Аденин (A) образует связи с тимином (T), а цитозин (C) образует связи с гуанином (G); A только когда-либо соединяется с T, а C только когда-либо соединяется с G.
Дополнительное определение (биология)
В биологии, особенно с точки зрения генетики и ДНК, дополнительный означает, что полинуклеотидная цепь, спаренная со второй полинуклеотидной цепью, имеет последовательность азотистых оснований, которая представляет собой обратный комплемент или пару другой цепи.
Так, например, дополнением к гуанину является цитозин, потому что это основание, которое будет спариваться с гуанином; дополнением цитозина является гуанин. Вы также можете сказать, что дополнением к аденину является тимин, и наоборот.
Это верно для всей цепи ДНК, поэтому две цепи ДНК называются комплементарными. Каждая основа в одной цепи ДНК будет видеть, что ее комплемент совпадает с ней на другой цепи.
Правило комплементарной пары оснований Чаргаффа
Правило Чаргаффа гласит, что A связывается только с T, а C связывается только с G в цепи ДНК. Он назван в честь ученого Эрвина Чаргаффа, который обнаружил, что в любой молекуле ДНК процент содержания гуанин всегда примерно равен процентному содержанию цитозина с таким же истинным значением для аденина и тимин.
Из этого он сделал вывод, что C связывается с G, а A - с T.
Почему работает дополнительная пара оснований
Почему A связывается только с T, а C связывается только с G? Почему A и T дополняют друг друга, а не A и C или A и G? Ответ связан со структурой азотистых оснований и водородными связями, которые образуются между ними.
Аденин и гуанин известны как пурины в то время как тимин и гуанин известны как пиримидины. Все это означает, что структуры аденина и гуанина состоят из кольца с 6 атомами и кольца с 5 атомами, которые разделяют два атома, в то время как цитозин и тимин состоят только из кольца с 6 атомами. С ДНК пурин может связываться только с пиримидином; у вас не может быть двух пуринов и двух пиримидинов вместе.
Это связано с тем, что два пурина, соединяющиеся вместе, будут занимать слишком много места между двумя цепями ДНК, что повлияет на структуру и не позволит цепям правильно удерживаться вместе. То же самое касается двух пиримидинов, за исключением того, что они занимают слишком мало места.
По этой логике, тогда A может быть связана с C, не так ли? Ну нет. Другой фактор, который заставляет пары A-T и C-G работать, - это водородная связь между базами. Именно эти связи фактически удерживают две нити ДНК вместе и стабилизируют молекулу.
Водородные связи могут образовываться только между аденином и тимином. Они также образуются только между цитозином и гуанином. Именно эти связи позволяют формировать комплементы A-T и C-G и, таким образом, заставляют ДНК иметь две комплементарные связанные цепи.
Применение дополнительных правил сопряжения оснований
Зная, как цепи ДНК соединяются вместе с этими правилами спаривания оснований, вы можете сделать несколько разных выводов.
Допустим, у вас есть последовательность ДНК определенного гена на одной цепи ДНК. Затем вы можете использовать правила комплементарного спаривания оснований, чтобы определить другую цепь ДНК, составляющую молекулу ДНК. Например, допустим, у вас есть следующая последовательность:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
Вы знаете, что A и T дополняют друг друга, а C и G дополняют друг друга. Это означает, что нить ДНК, которая соединяется с указанной выше:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT