Pre všetkých je kódujúca kyselina deoxyribonukleová (DNA) bunkový genetická informácia na Zemi. Celý bunkový život od najmenších baktérií po najväčšiu veľrybu v oceáne využíva DNA ako svoj genetický materiál.
Poznámka: Niektoré vírusy používajú ako svoj genetický materiál DNA. Niektoré vírusy však namiesto toho používajú RNA.
DNA je typ nukleová kyselina tvorený mnohými podjednotkami nazývanými nukleotidy. Každý nukleotid má tri časti: 5-uhlíkový ribózový cukor, fosfátovú skupinu a dusíkatú bázu. Dva doplnkové pramene DNA sa spojili vďaka vodíkovej väzbe medzi dusíkaté zásady ktorý umožňuje DNA vytvoriť formu podobnú rebríku, ktorá sa skrúti do známej dvojzávitnice.
Je to väzba medzi dusíkatými bázami, ktorá umožňuje vytvorenie tejto štruktúry. V DNA existujú štyri možnosti dusíkatej bázy: adenín (A), tymín (T), cytozín (C) a guanín (G). Každá báza sa môže viazať iba navzájom, A s T a C s G. Toto sa nazýva doplnkové pravidlo párovania báz alebo Chargaffovo pravidlo.
Štyri dusíkaté bázy
V DNA nukleotid podjednotky, existujú štyri dusíkaté bázy:
- Adenín (A)
- Tymín (T)
- Cytozín (C)
- Guanín (G)
Každú z týchto základní možno rozdeliť do dvoch kategórií: purínové bázy a pyrimidínové zásady.
Adenín a guanín sú príkladmi purínové bázy. To znamená, že ich štruktúra je šesťatómový kruh obsahujúci dusík spojený s päťatómovým kruhom obsahujúcim dusík, ktoré zdieľajú dva atómy na spojenie týchto dvoch kruhov.
Tymín a cytozín sú príkladmi pyrimidínové zásady. Tieto bázy sú tvorené jedným šesťatómovým kruhom obsahujúcim dusík.
Poznámka: RNA nahrádza tymín inou pyrimidínovou bázou nazývanou uracil (U).
Chargaffovo pravidlo
Chargaffovo pravidlo, známe tiež ako pravidlo komplementárneho párovania báz, uvádza, že páry báz DNA sú vždy adenín s tymínom (A-T) a cytozín s guanínom (C-G). Purín sa vždy spája s pyrimidínom a naopak. A sa však nespáruje s C, napriek tomu, že ide o purín a pyrimidín.
Toto pravidlo je pomenované po vedcovi Erwinovi Chargaffovi, ktorý zistil, že existujú v zásade rovnaké koncentrácie adenínu a tymín rovnako ako guanín a cytozín takmer vo všetkých molekulách DNA. Tieto pomery sa môžu medzi organizmami líšiť, ale skutočné koncentrácie A sú vždy v podstate rovnaké ako T a rovnaké s G a C. Napríklad u ľudí existuje približne:
- 30,9 percenta adenínu
- 29,4 percent tymínu
- 19,8 percenta cytozínu
- 19,9 percent guanínu
To podporuje doplňujúce pravidlo, že A sa musí párovať s T a C sa musí párovať s G.
Chargaffovo pravidlo vysvetlené
Prečo je to tak?
To má spoločné s vodíková väzba ktorý spája komplementárne reťazce DNA spolu s dostupné miesto medzi dvoma vláknami.
Najprv existuje asi 20 Å (angstromy, kde jeden angstrom sa rovná 10-10 metrov) medzi dvoma komplementárnymi vláknami DNA. Dva puríny a dva pyrimidíny dohromady by jednoducho zabrali príliš veľa miesta na to, aby sa zmestili do priestoru medzi dvoma vláknami. Z tohto dôvodu sa A nemôže viazať na G a C sa nemôže viazať na T.
Ale prečo nemôžete vymeniť, ktoré purínové väzby s ktorými pyrimidínom? Odpoveď súvisí s vodíková väzba ktorý spája bázy a stabilizuje molekulu DNA.
Jediné páry, ktoré môžu v tomto priestore vytvárať vodíkové väzby, sú adenín s tymínom a cytozín s guanínom. A a T tvoria dve vodíkové väzby, zatiaľ čo C a G tvoria tri. Sú to tieto vodíkové väzby, ktoré spájajú tieto dva reťazce a stabilizujú molekulu, čo mu umožňuje vytvárať rebrík Dvojitý helix.
Používanie doplnkových pravidiel párovania základne
Ak poznáte toto pravidlo, môžete prísť na to doplnkový prameň k jednému vláknu DNA založenému iba na sekvencii párov báz. Povedzme napríklad, že poznáte sekvenciu jedného reťazca DNA, ktorá je nasledovná:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Pomocou pravidiel doplnkového párovania báz môžete vyvodiť záver, že doplnková vetva je:
TTCGACCAAAACTGCTG
Vlákna RNA sú tiež komplementárne s výnimkou, že RNA používa namiesto tymínu uracil. Môžete teda odvodiť aj reťazec mRNA, ktorý by sa vytvoril z tohto prvého reťazca DNA. Bolo by:
UUCGACCAAAACUGCUG