กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมหลักสำหรับเกือบทั้งชีวิต ไวรัสบางชนิดใช้กรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) แทน DNA แต่ชีวิตในเซลล์ทั้งหมดใช้ DNA
ดีเอ็นเอเองเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบขึ้นจากสายคู่ขนานสองสายซึ่งแต่ละสายประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์. พันธะเหล่านี้ก่อตัวขึ้นระหว่างลำดับเบสเสริมของเบสไนโตรเจนที่ยึดสายดีเอ็นเอทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างเกลียวคู่ที่ทำให้ดีเอ็นเอมีชื่อเสียง
โครงสร้างและส่วนประกอบดีเอ็นเอ
ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ DNA เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยแต่ละหน่วยที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวมีสามส่วน:
- น้ำตาลดีออกซีไรโบส
- หมู่ฟอสเฟต
- ฐานไนโตรเจน
นิวคลีโอไทด์ของ DNA สามารถมีเบสไนโตรเจนหนึ่งในสี่เบส เบสเหล่านี้ได้แก่ อะดีนีน (A), ไทมีน (T), กัวนีน (G) และไซโตซีน (C)
นิวคลีโอไทด์เหล่านี้มารวมกันเพื่อสร้างสายยาวที่เรียกว่าสายดีเอ็นเอ สอง สาย DNA เสริม เชื่อมเข้าหากันในลักษณะราวบันไดก่อนจะม้วนตัวเป็นเกลียวคู่
ทั้งสองเส้นถูกยึดเข้าด้วยกันผ่านพันธะไฮโดรเจนที่ก่อตัวระหว่างฐานไนโตรเจน Adenine (A) สร้างพันธะกับ thymine (T) ในขณะที่ cytosine (C) สร้างพันธะกับ guanine (G); คู่เดียวที่เคยคู่กับ T และ C คู่กับ G เท่านั้น
นิยามเสริม (ชีววิทยา)
ในทางชีววิทยา โดยเฉพาะในแง่ของพันธุกรรมและ DNA เสริม หมายความว่าสายพอลินิวคลีโอไทด์ที่จับคู่กับสายพอลินิวคลีโอไทด์ที่สองมีลำดับเบสที่มีไนโตรเจนซึ่งเป็นส่วนประกอบทางกลับหรือคู่ของสายอื่น
ตัวอย่างเช่น คอมพลีเมนต์ของกวานีนคือไซโตซีน เพราะนั่นคือเบสที่จะจับคู่กับกวานีน ส่วนเสริมของไซโตซีนคือกัวนีน คุณยังจะบอกว่าส่วนเติมเต็มของอะดีนีนคือไทมีนและในทางกลับกัน
สิ่งนี้เป็นจริงตลอดสาย DNA ทั้งหมด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ว่าทำไม DNA สองสายจึงถูกเรียกว่าสายคู่สม ฐานแต่ละอันบนสายดีเอ็นเอเส้นเดียวจะเห็นส่วนประกอบที่เข้ากันกับอีกสายหนึ่ง
กฎการจับคู่เบสเสริมของ Chargaff
กฎของ Chargaff ระบุว่า A พันธะกับ T และ C เท่านั้นที่ผูกมัดกับ G ในสาย DNA ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ Erwin Chargaff ผู้ค้นพบว่าในโมเลกุล DNA ใด ๆ เปอร์เซ็นต์ของ กวานีนมีค่าเท่ากับเปอร์เซ็นต์ของไซโตซีนโดยประมาณเสมอโดยมีค่าเท่ากับอะดีนีนและ ไทมีน
จากนี้ เขาอนุมานได้ว่าพันธะ C กับ G และพันธะ A กับ T
เหตุใดการจับคู่ฐานเสริมจึงได้ผล
ทำไม A ผูกพันกับ T และ C ผูกพันกับ G เท่านั้น? เหตุใด A และ T จึงเป็นส่วนเสริมของกันและกัน ไม่ใช่ A และ C หรือ A และ G คำตอบเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของฐานไนโตรเจนและพันธะไฮโดรเจนที่ก่อตัวระหว่างพวกมัน
อะดีนีนและกวานีนเรียกว่า พิวรีน ในขณะที่ไทมีนและกวานีนเรียกว่า ไพริมิดีน. ทั้งหมดนี้หมายความว่าโครงสร้างของอะดีนีนและกวานีนประกอบด้วยวงแหวน 6 อะตอมและวงแหวน 5 อะตอมที่มีอะตอมร่วมกันสองอะตอมในขณะที่ไซโตซีนและไทมีนประกอบด้วยวงแหวน 6 อะตอมเท่านั้น ด้วย DNA พิวรีนสามารถจับกับไพริมิดีนเท่านั้น คุณไม่สามารถมีพิวรีนสองตัวและไพริมิดีนสองตัวรวมกันได้
นี่เป็นเพราะว่าพิวรีนสองตัวที่เกาะติดกันจะใช้พื้นที่ว่างมากเกินไประหว่างสาย DNA สองเส้น ซึ่งจะส่งผลต่อโครงสร้างและไม่อนุญาตให้ยึดเข้าด้วยกันอย่างเหมาะสม เช่นเดียวกับพีริมิดีนสองตัว ยกเว้นว่าพวกมันจะใช้พื้นที่น้อยเกินไป
ด้วยตรรกะนั้น A สามารถผูกมัดกับ C ได้ใช่ไหม? ดีไม่มี อีกปัจจัยที่ทำให้คู่ AT และ C-G ทำงานได้คือ พันธะไฮโดรเจน ระหว่างฐาน เป็นพันธะเหล่านี้ที่ยึดสาย DNA ทั้งสองเข้าด้วยกันและทำให้โมเลกุลเสถียร
พันธะไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างอะดีนีนและไทมีนเท่านั้น พวกเขายังเกิดขึ้นระหว่างไซโตซีนและกัวนีนเท่านั้น เป็นพันธะเหล่านี้ที่ช่วยให้ AT และ C-G เติมเต็มและทำให้ DNA มีเส้นพันธะสองเส้นที่เชื่อมต่อกัน
การใช้กฎการจับคู่ฐานเสริม
เมื่อรู้ว่าสาย DNA จับคู่กับกฎการจับคู่เบสเหล่านี้ได้อย่างไร คุณสามารถอนุมานสิ่งต่าง ๆ ได้สองสามอย่าง
สมมติว่าคุณมีลำดับดีเอ็นเอของยีนเฉพาะบนสายดีเอ็นเอเส้นเดียว จากนั้นคุณสามารถใช้กฎการจับคู่เบสเสริมเพื่อหาสายดีเอ็นเออื่นที่ประกอบขึ้นเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอ ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณมีลำดับต่อไปนี้:
อ๊ากกกกกกกกกก
คุณรู้ว่า A และ T เป็นส่วนประกอบซึ่งกันและกัน และ C และ G เป็นส่วนประกอบซึ่งกันและกัน นั่นหมายถึงสาย DNA ที่จับคู่กับสายด้านบนคือ:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT