กฎการจับคู่ฐานเสริมคืออะไร?

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) เป็นตัวกำหนดรหัสสำหรับทุกคน เซลล์ ข้อมูลทางพันธุกรรมบนโลก สิ่งมีชีวิตเซลล์ทั้งหมดตั้งแต่แบคทีเรียที่เล็กที่สุดไปจนถึงวาฬที่ใหญ่ที่สุดในมหาสมุทรใช้ DNA เป็นสารพันธุกรรมของพวกมัน

บันทึก: ไวรัสบางชนิดใช้ DNA เป็นสารพันธุกรรม อย่างไรก็ตาม ไวรัสบางชนิดใช้ RNA แทน

ดีเอ็นเอเป็นชนิดของ กรดนิวคลีอิค ประกอบด้วยหน่วยย่อยจำนวนมากที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดมีสามส่วน ได้แก่ น้ำตาลไรโบส 5 คาร์บอน กลุ่มฟอสเฟต และเบสไนโตรเจน สอง เส้นเสริม ของ DNA มารวมกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่าง ฐานไนโตรเจน ที่ทำให้ดีเอ็นเอสร้างรูปร่างคล้ายบันไดที่บิดเป็นเกลียวคู่ที่มีชื่อเสียง

เป็นพันธะระหว่างฐานไนโตรเจนที่ช่วยให้โครงสร้างนี้เกิดขึ้น ใน DNA มีเบสไนโตรเจนอยู่สี่ตัวเลือก: อะดีนีน (A), ไทมีน (T), ไซโตซีน (C) และกวานีน (G) แต่ละฐานสามารถผูกมัดกันได้เท่านั้น A กับ T และ C กับ G นี้เรียกว่า กฎการจับคู่ฐานเสริม หรือ กฎของชาร์กัฟฟ์.

ใน DNA นิวคลีโอไทด์ หน่วยย่อยมีสี่ฐานไนโตรเจน:

1. อะดีนีน (A)
2. ไทมีน (T)
3. ไซโตซีน (C)
4. กวานีน (G)

แต่ละฐานเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: พิวรีนเบส และ เบสไพริมิดีน.

Adenine และ guanine เป็นตัวอย่างของ พิวรีนเบส. ซึ่งหมายความว่าโครงสร้างของพวกมันคือวงแหวนหกอะตอมที่ประกอบด้วยไนโตรเจนซึ่งเชื่อมต่อกับวงแหวนห้าอะตอมที่ประกอบด้วยไนโตรเจนซึ่งแบ่งอะตอมสองอะตอมเพื่อรวมวงแหวนทั้งสองเข้าด้วยกัน

ไทมีนและไซโตซีนเป็นตัวอย่างของ เบสไพริมิดีน. ฐานเหล่านี้ประกอบด้วยวงแหวนหกอะตอมที่มีไนโตรเจนเพียงตัวเดียว

บันทึก: RNA แทนที่ไทมีนด้วยเบสไพริมิดีนอื่นที่เรียกว่ายูราซิล (U)

กฎของ Chargaff หรือที่เรียกว่ากฎการจับคู่เบสเสริม ระบุว่าคู่เบสของ DNA มักเป็น adenine กับ thymine (A-T) และ cytosine กับ guanine (C-G) พิวรีนจะจับคู่กับไพริมิดีนเสมอและในทางกลับกัน อย่างไรก็ตาม A ไม่ได้จับคู่กับ C แม้ว่าจะเป็นพิวรีนและไพริมิดีนก็ตาม

กฎนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ Erwin Chargaff ที่ค้นพบว่ามีความเท่าเทียมกันเป็นหลัก ความเข้มข้นของอะดีนีน และไทมีน รวมทั้ง guanine และ cytosine ภายในโมเลกุลของ DNA เกือบทั้งหมด อัตราส่วนเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิต แต่ความเข้มข้นที่แท้จริงของ A นั้นมักจะเท่ากับ T และเหมือนกันกับ G และ C ตัวอย่างเช่น ในมนุษย์ มีประมาณ:

• อะดีนีน 30.9 เปอร์เซ็นต์
• ไทมีน 29.4 เปอร์เซ็นต์
• ไซโตซีน 19.8 เปอร์เซ็นต์
  
• กวานีน 19.9 เปอร์เซ็นต์

สิ่งนี้สนับสนุนกฎเสริมที่ A ต้องจับคู่กับ T และ C ต้องจับคู่กับ G

เหตุใดจึงเป็นเช่นนี้

มันต้องทำทั้งสองอย่างกับ พันธะไฮโดรเจน ที่เชื่อมสาย DNA เสริมเข้าด้วยกันกับ พื้นที่ว่าง ระหว่างสองเส้น

ประการแรก มีประมาณ 20 Å (อังสตรอม โดยหนึ่งอังสตรอมมีค่าเท่ากับ 10^-10 เมตร) ระหว่าง DNA สองสายที่เสริมกัน พิวรีนสองตัวและพีริมิดีนสองตัวรวมกันจะใช้พื้นที่มากเกินไปจนสามารถใส่ลงในช่องว่างระหว่างเส้นทั้งสองได้ นี่คือเหตุผลที่ A ไม่สามารถผูกมัดกับ G และ C ไม่สามารถผูกมัดกับ T ได้

แต่ทำไมคุณไม่สามารถสลับพันธะ purine กับ pyrimidine ได้? คำตอบอยู่ที่ พันธะไฮโดรเจน ที่เชื่อมต่อฐานและทำให้โมเลกุล DNA เสถียร

คู่เดียวที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนในพื้นที่นั้นได้คืออะดีนีนกับไทมีนและไซโตซีนกับกัวนีน A และ T สร้างพันธะไฮโดรเจนสองพันธะในขณะที่ C และ G ก่อตัวเป็นสามพันธะ เป็นพันธะไฮโดรเจนที่เชื่อมสองเกลียวเข้าด้วยกันและทำให้โมเลกุลเสถียร ซึ่งช่วยให้เกิดเป็นทรงบันได เกลียวคู่.

เมื่อรู้กฎนี้แล้ว คุณจะสามารถหาค่า figure สายเสริม ไปเป็นสาย DNA เพียงเส้นเดียวโดยอิงจากลำดับคู่เบสเท่านั้น ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณทราบลำดับของสาย DNA หนึ่งเส้นดังนี้:

AAGCTGGTTTTGACGAC

การใช้กฎการจับคู่เบสเสริม คุณสามารถสรุปได้ว่าเกลียวเสริมคือ:

TTCGACCAAAACTGCTG

เอ็นอาร์เอ็นเอยังเสริมด้วยข้อยกเว้นว่าอาร์เอ็นเอใช้ยูราซิลแทนไทมีน ดังนั้น คุณยังสามารถสรุปสาย mRNA ที่จะผลิตจากสาย DNA สายแรกนั้นได้ มันจะเป็น:

UUCGACCAAAAAUGCUG