Za vse kodira deoksiribonukleinska kislina (DNA) celični genetske informacije na Zemlji. Vse celično življenje od najmanjših bakterij do največjega kita v oceanu uporablja DNK kot svoj genski material.
Opomba: Nekateri virusi uporabljajo DNK kot svoj genski material. Vendar nekateri virusi namesto tega uporabljajo RNA.
DNA je vrsta nukleinska kislina sestavljen iz številnih podenot, imenovanih nukleotidi. Vsak nukleotid ima tri dele: 5-ogljikov ribozni sladkor, fosfatno skupino in dušikovo bazo. Dva komplementarne pramene DNA se združijo zaradi vodikove vezi med dušikove baze ki DNK omogoča, da naredi lestvi podobno obliko, ki se zvije v znamenito dvojno vijačnico.
Vez med dušikovimi bazami omogoča oblikovanje te strukture. V DNK obstajajo štiri možnosti dušikove baze: adenin (A), timin (T), citozin (C) in gvanin (G). Vsaka osnova se lahko veže le med seboj, A s T in C z G. To se imenuje dopolnilno pravilo seznanjanja ali Chargaffovo pravilo.
Štiri dušikove baze
V DNK nukleotid podenote, obstajajo štiri dušikove baze:
- Adenin (A)
- Timin (T)
- Citozin (C)
- Gvanin (G)
Vsako od teh podlag lahko razdelimo v dve kategoriji: purinske baze in pirimidinske baze.
Adenin in gvanin sta primera purinske baze. To pomeni, da je njihova zgradba šestatomski obroč, ki vsebuje dušik, povezan s petomatnim obročem, ki vsebuje dušik in imata dva atoma, da oba obroča združita.
Primer za to sta timin in citozin pirimidinske baze. Te baze so sestavljene iz enega samega šestatomskega obroča, ki vsebuje dušik.
Opomba: RNA nadomešča timin z drugo pirimidinsko bazo, imenovano uracil (U).
Chargaffovo pravilo
Chargaffovo pravilo, znano tudi kot pravilo komplementarnega združevanja baz, navaja, da so pari baz DNA vedno adenin s timinom (A-T) in citozin z gvaninom (C-G). Purin se vedno pari s pirimidinom in obratno. Vendar se A ne ujema s C, čeprav sta to purin in pirimidin.
To pravilo je poimenovano po znanstveniku Erwinu Chargaffu, ki je odkril, da so v bistvu enaki koncentracije adenina in timin ter gvanin in citozin v skoraj vseh molekulah DNA. Ta razmerja se med organizmi lahko razlikujejo, vendar so dejanske koncentracije A vedno v bistvu enake T in enake pri G in C. Na primer, pri ljudeh obstaja približno:
- 30,9 odstotka adenina
- 29,4 odstotka timina
- 19,8 odstotka citozina
- 19,9 odstotka gvanin
To podpira komplementarno pravilo, da se mora A združiti s T, C pa z G.
Razloženo Chargaffovo pravilo
Zakaj pa je temu tako?
To je povezano tako z vodikova vez ki se pridruži komplementarnim DNA verigam skupaj z razpoložljivega prostora med obema pramenoma.
Prvič, obstaja približno 20 Å (angstromov, pri čemer je en angstrom enak 10-10 metrov) med dvema komplementarnima verigama DNA. Dva purina in dva pirimidina bi preprosto zavzela preveč prostora, da bi se lahko prilegala prostoru med obema pramenoma. Zato se A ne more povezati z G, C pa se ne more povezati s T.
Zakaj pa ne morete zamenjati, katere purinske vezi s katerim pirimidinom? Odgovor je povezan z vodikova vez ki povezuje baze in stabilizira molekulo DNA.
Edina para, ki lahko tvorita vodikove vezi v tem prostoru, sta adenin s timinom in citozin z gvaninom. A in T tvorita dve vodikovi vezi, medtem ko C in G tvorita tri. Te vodikove vezi povezujejo obe verigi in stabilizirajo molekulo, kar ji omogoča, da tvori lestev dvojna vijačnica.
Uporaba dopolnilnih pravil seznanjanja osnov
Če poznate to pravilo, lahko ugotovite komplementarni pramen na eno verigo DNA, ki temelji samo na zaporedju baznega para. Recimo na primer, da poznate zaporedje ene verige DNA, ki je naslednja:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Na podlagi pravil dopolnilnega seznanjanja osnov lahko ugotovite, da je komplementarni pramen:
TTCGACCAAAACTGCTG
Tudi verige RNA se dopolnjujejo, z izjemo, da RNA namesto timina uporablja uracil. Torej lahko tudi sklepate na verigo mRNA, ki bi nastala iz te prve verige DNA. To bi bilo:
UUCGACCAAAACUGCUG