Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) є кодом для всіх стільниковий генетична інформація на Землі. Все клітинне життя від найменших бактерій до найбільшого кита в океані використовує ДНК як свій генетичний матеріал.
Примітка: Деякі віруси використовують ДНК як свій генетичний матеріал. Однак деякі віруси використовують РНК замість цього.
ДНК - це тип нуклеїнова кислота складається з багатьох субодиниць, які називаються нуклеотидами. Кожен нуклеотид складається з трьох частин: 5-вуглецевий рибозний цукор, фосфатна група та азотиста основа. Два допоміжні нитки ДНК об'єднуються завдяки водневому зв'язку між азотисті основи що дозволяє ДНК зробити схожу форму, яка перекручується у знамениту подвійну спіраль.
Це зв’язок між азотистими основами, що дозволяє формувати цю структуру. У ДНК є чотири варіанти азотистих основ: аденін (А), тимін (Т), цитозин (С) та гуанін (Г). Кожна основа може зв’язуватися лише одна з одною, A з T і C з G. Це називається додаткове правило базового сполучення або Правило Чаргаффа.
Чотири азотисті основи
У ДНК нуклеотид субодиниць, є чотири азотисті основи:
- Аденин (A)
- Тимін (T)
- Цитозин (C)
- Гуанін (G)
Кожну з цих баз можна розділити на дві категорії: пуринові основи і піримідинові основи.
Аденін та гуанін - приклади пуринові основи. Це означає, що їх структура являє собою азотвмісне шестиатомне кільце, з'єднане з азотвмісним п'ятиатомним кільцем, які мають два атоми, щоб об'єднати два кільця.
Тимін та цитозин є прикладами піримідинові основи. Ці основи складаються з єдиного шестиатомного кільця, що містить азот.
Примітка: РНК замінює тимін іншою піримідиновою основою, яка називається урацилом (U).
Правило Чаргаффа
Правило Чаргаффа, також відоме як правило додаткового сполучення основ, стверджує, що парами основ ДНК завжди є аденин з тиміном (A-T) і цитозин з гуаніном (C-G). Пурин завжди поєднується з піримідином і навпаки. Однак A не поєднується з C, незважаючи на те, що це пурин і піримідин.
Це правило названо на честь вченого Ервіна Чаргаффа, який виявив, що є по суті рівні концентрації аденіну і тимін, а також гуанін і цитозин майже у всіх молекулах ДНК. Ці співвідношення можуть різнитися в організмах, але фактичні концентрації А завжди по суті рівні Т і однакові для Г і С. Наприклад, у людей існує приблизно:
- 30,9 відсотка аденін
- 29,4 відсотка тиміну
- 19,8 відсотка цитозину
- 19,9 відсотка гуаніну
Це підтверджує додаткове правило, згідно з яким A повинно поєднуватися з T, а C - з G.
Пояснено правило Шарґаффа
Чому ж це так?
Це пов’язано як з водневий зв'язок який приєднується до комплементарних ланцюгів ДНК разом з вільний простір між двома пасмами.
По-перше, існує близько 20 Å (ангстрем, де одна ангстрема дорівнює 10-10 метрів) між двома взаємодоповнюючими ланцюгами ДНК. Два пурини та два піримідини разом займали б занадто багато місця, щоб вміститися в простір між двома нитками. Ось чому A не може зв’язатися з G, а C не може зв’язатися з T.
Але чому ви не можете поміняти місцями пуринових зв’язків з якими піримідинами? Відповідь пов’язана з водневий зв'язок що з’єднує основи та стабілізує молекулу ДНК.
Єдиними парами, які можуть створити водневі зв’язки в цьому просторі, є аденін з тиміном та цитозин з гуаніном. А і Т утворюють два водневі зв’язки, тоді як С і G - три. Саме ці водневі зв’язки з’єднують ці дві ланцюги і стабілізують молекулу, що дозволяє їй утворювати схожі сходи подвійна спіраль.
Використання додаткових правил поєднання основ
Знаючи це правило, ви можете зрозуміти комплементарна нитка до одного ланцюга ДНК на основі лише послідовності пар основ. Наприклад, припустимо, ви знаєте послідовність одного ланцюга ДНК, яка така:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Використовуючи додаткові правила сполучення основи, ви можете зробити висновок, що додатковою ниткою є:
TTCGACCAAAACTGCTG
РНК-ланцюги також доповнюють один одного, за винятком того, що РНК використовує урацил замість тиміну. Отже, ви також можете зробити висновок про ланцюг мРНК, який буде продукуватися з цього першого ланцюга ДНК. Це було б:
UUCGACCAAAACUGCUG