Дезоксирибонуклеїнова кислота, яку частіше називають ДНК, є основним генетичним матеріалом майже все життя. Деякі віруси використовують замість ДНК рибонуклеїнову кислоту (РНК), але все клітинне життя використовує ДНК.
Сама ДНК - це макромолекула, яка складається з двох взаємодоповнюючих ланцюгів, кожна з яких складається з окремих субодиниць, нуклеотиди. Саме ці зв'язки утворюються між комплементарною послідовністю основ азотистих основ, які утримують разом дві нитки ДНК, утворюючи подвійну спіральну структуру, яка робить ДНК знаменитою.
Структура та компоненти ДНК
Як уже зазначалося, ДНК - це макромолекула, яка складається з окремих субодиниць, які називаються нуклеотидами. Кожен нуклеотид складається з трьох частин:
- Дезоксирибозний цукор.
- Фосфатна група.
- Азотиста основа.
Нуклеотиди ДНК можуть містити одну з чотирьох азотистих основ. Цими основами є аденін (A), тимін (T), гуанін (G) та цитозин (C).
Ці нуклеотиди об’єднуються, утворюючи довгі ланцюги, відомі як нитки ДНК. Два комплементарні нитки ДНК
Ці дві ланцюги утримуються разом за допомогою водневих зв’язків, які утворюються між азотистими основами. Аденин (A) утворює зв’язки з тиміном (T), тоді як цитозин (C) утворює зв’язки з гуаніном (G); Тільки коли-небудь пари з T, а C лише коли-небудь пари з G.
Додаткове визначення (біологія)
У біології, зокрема з точки зору генетики та ДНК, доповнює означає, що полінуклеотидна ланцюг в парі з другою полінуклеотидною ланцюгом має азотисту послідовність підстав, яка є зворотним комплементом або парою іншого ланцюга.
Так, наприклад, доповненням гуаніну є цитозин, оскільки це основа, яка поєднується з гуаніном; комплементом цитозину є гуанін. Ви також могли б сказати, що доповненням аденіну є тимін, і навпаки.
Це справедливо по всьому ланцюгу ДНК, саме тому ці два ланцюги ДНК називаються комплементарними ланцюгами. Кожна основа на окремому ланцюзі ДНК побачить, як його комплемент узгоджується з іншим ланцюгом.
Додаткове правило сполучення баз Шарґаффа
Правило Чаргаффа стверджує, що А зв’язується лише з Т, а С - лише з G у ланцюзі ДНК. Це названо на честь вченого Ервіна Чаргаффа, який виявив, що в будь-якій молекулі ДНК відсоток гуанін завжди приблизно дорівнює відсотку цитозину з однаковим значенням для аденіну та тимін.
З цього він зробив висновок, що C-зв’язки з G та A-зв’язки з T.
Чому працює додаткове сполучення основ
Чому A зв’язується лише з T, а C - лише з G? Чому A і T доповнюють одне одного, а не A і C або A і G? Відповідь пов’язана зі структурою азотистих основ та водневих зв’язків, що утворюються між ними.
Аденин і гуанін відомі як пурини тоді як тимін та гуанін відомі як піримідини. Все це означає, що структури аденіну та гуаніну складаються з 6-атомного кільця та 5-атомного кільця, які мають два атоми, тоді як цитозин та тимін складаються лише з 6-атомного кільця. З ДНК пурин може зв’язуватися лише з піримідином; ви не можете мати два пурини та два піримідини разом.
Це пов’язано з тим, що два пуринові зв’язки зайняли б занадто багато місця між двома ланцюгами ДНК, що впливало б на структуру і не дозволяло б ланцюгам належним чином утримуватись разом. Те саме стосується двох піримідинів, за винятком того, що вони займуть занадто мало місця.
За цією логікою, тоді А міг би зв’язатись із С, так? Ну ні. Інший фактор, що змушує пари A-T і C-G працювати - це водневий зв'язок між базами. Саме ці зв’язки насправді утримують дві нитки ДНК разом і стабілізують молекулу.
Водневі зв’язки можуть утворюватися лише між аденіном і тиміном. Вони також утворюються лише між цитозином та гуаніном. Саме ці зв’язки дозволяють утворюватися комплементам A-T і C-G і, таким чином, змушують ДНК мати дві взаємодоповнюючі зв’язані ланцюги.
Застосування додаткових правил сполучення основ
Знаючи, як нитки ДНК поєднуються з цими правилами поєднання основ, ви можете зробити декілька різних речей.
Скажімо, у вас є послідовність ДНК певного гена на одному ланцюзі ДНК. Потім ви можете скористатися додатковими правилами сполучення основ, щоб з’ясувати інший ланцюг ДНК, який становить молекулу ДНК. Наприклад, припустимо, у вас є така послідовність:
AAGGGGTGACTCTAGTTTAATATA
Ви знаєте, що А і Т - доповнення одне одного, а С і G - доповнення одне одного. Це означає, що ланцюг ДНК, який поєднується з наведеним вище, є:
TTCCCCACTGAGATCAAATTATAT