Deoxiribonukleinsyra (DNA) är det som koder för alla cellulär genetisk information på jorden. Allt cellliv från de minsta bakterierna till den största valen i havet använder DNA som sitt genetiska material.
Notera: Vissa virus använder DNA som sitt genetiska material. Vissa virus använder dock RNA istället.
DNA är en typ av nukleinsyra består av många underenheter som kallas nukleotider. Varje nukleotid har tre delar: ett 5-kol ribossocker, en fosfatgrupp och en kvävebas. Två kompletterande trådar DNA kommer samman tack vare vätebindning mellan kvävehaltiga baser som gör att DNA kan skapa en stege-liknande form som vrider sig in i den berömda dubbelspiralen.
Det är bindning mellan kvävebaserna som gör att denna struktur kan bildas. I DNA finns det fyra kvävehaltiga basalternativ: adenin (A), tymin (T), cytosin (C) och guanin (G). Varje bas kan endast bindas med varandra, A med T och C med G. Detta kallas kompletterande regel för basparning eller Chargaffs regel.
De fyra kvävebaserna
I DNA nukleotid underenheter finns det fyra kvävebaser:
- Adenin (A)
- Tymin (T)
- Cytosin (C)
- Guanine (G)
Var och en av dessa baser kan delas in i två kategorier: purinbaser och pyrimidinbaser.
Adenin och guanin är exempel på purinbaser. Det betyder att deras struktur är en kväveinnehållande sex atomring förenad med en kväveinnehållande fem atomring som delar två atomer för att kombinera de två ringarna.
Tymin och cytosin är exempel på pyrimidinbaser. Dessa baser består av en enda kväveinnehållande sex atomring.
Notera: RNA ersätter tymin med en annan pyrimidinbas som kallas uracil (U).
Chargaffs regel
Chargaffs regel, även känd som den komplementära basparningsregeln, säger att DNA-baspar alltid är adenin med tymin (A-T) och cytosin med guanin (C-G). En purin parar sig alltid med en pyrimidin och vice versa. A parar dock inte C, trots att det är purin och pyrimidin.
Denna regel är uppkallad efter forskaren Erwin Chargaff som upptäckte att det finns i stort sett lika koncentrationer av adenin och tymin såväl som guanin och cytosin inom nästan alla DNA-molekyler. Dessa förhållanden kan variera mellan organismer, men de faktiska koncentrationerna av A är alltid väsentligen lika med T och samma med G och C. Till exempel, hos människor finns det ungefär:
- 30,9 procent adenin
- 29,4 procent tymin
- 19,8 procent cytosin
- 19,9 procent guanin
Detta stöder den kompletterande regeln att A måste para ihop med T och C måste para ihop med G.
Chargaffs regel förklaras
Men varför är det så?
Det har att göra båda med vätebindning som förenar de kompletterande DNA-strängarna tillsammans med tillgängligt utrymme mellan de två trådarna.
För det första finns det cirka 20 Å (ångström, där en ångström är lika med 10-10 meter) mellan två komplementära DNA-strängar. Två puriner och två pyrimidiner tillsammans skulle helt enkelt ta för mycket utrymme för att kunna passa in i utrymmet mellan de två trådarna. Det är därför A inte kan binda med G och C inte kan binda med T.
Men varför kan du inte byta ut vilka purinbindningar som pyrimidin? Svaret har att göra med vätebindning som förbinder baserna och stabiliserar DNA-molekylen.
De enda paren som kan skapa vätebindningar i det utrymmet är adenin med tymin och cytosin med guanin. A och T bildar två vätebindningar medan C och G bildar tre. Det är dessa vätebindningar som förenar de två strängarna och stabiliserar molekylen, vilket gör att den kan bilda stege-liknande dubbel helix.
Använda kompletterande basparningsregler
Att känna till denna regel kan du räkna ut kompletterande sträng till en enda DNA-streng baserad endast på baspar-sekvensen. Låt oss till exempel säga att du känner till sekvensen för en DNA-sträng som är följande:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Med hjälp av de kompletterande basparningsreglerna kan du dra slutsatsen att den kompletterande strängen är:
TTCGACCAAAACTGCTG
RNA-strängar är också komplementära med undantaget att RNA använder uracil istället för tymin. Så du kan också dra slutsatsen om mRNA-strängen som skulle produceras från den första DNA-strängen. Det skulle vara:
UUCGACCAAAACUGCUG