Περιεχόμενο
- Οι τέσσερις αζωτούχες βάσεις
- Κανόνας Chargaffs
- Ο κανόνας Chargaffs εξηγείται
- Χρήση συμπληρωματικών κανόνων ζεύξης βάσης
Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) είναι αυτό που κωδικοποιεί για όλους κυτταρικός γενετικές πληροφορίες στη Γη. Όλη η κυτταρική ζωή από τα μικρότερα βακτηρίδια μέχρι τη μεγαλύτερη φάλαινα στον ωκεανό χρησιμοποιεί ως γενετικό υλικό το DNA.
Σημείωση: Ορισμένοι ιοί χρησιμοποιούν το DNA ως γενετικό υλικό τους. Ωστόσο, μερικοί ιοί χρησιμοποιούν RNA αντί.
Το DNA είναι ένας τύπος νουκλεϊκού οξέος που αποτελείται από πολλές υπομονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Κάθε νουκλεοτίδιο έχει τρία μέρη: ένα ζάχαρο ριβόζης 5-άνθρακα, μια φωσφορική ομάδα και μία αζωτούχο βάση. Δύο συμπληρωματικά σκέλη του DNA έρχονται μαζί χάρη στον δεσμό υδρογόνου μεταξύ των αζωτούχων βάσεων που επιτρέπει στο DNA να κάνει μια μορφή που μοιάζει με σκάλα που στρέφεται στη διάσημη διπλή έλικα.
Η σύνδεσή του μεταξύ των αζωτούχων βάσεων που επιτρέπει τη δημιουργία αυτής της δομής. Στο DNA, υπάρχουν τέσσερις επιλογές αζωτούχων βάσεων: αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G). Κάθε βάση μπορεί να συνδεθεί μόνο με ένα άλλο, Α με Τ και Γ με G. Αυτό ονομάζεται συμπληρωματικό κανόνα αντιστοίχησης βάσης ή Κανόνας Chargaffs.
Οι τέσσερις αζωτούχες βάσεις
Στις DNA νουκλεοτιδικές υπομονάδες, υπάρχουν τέσσερις αζωτούχες βάσεις:
Κάθε μία από αυτές τις βάσεις μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: βάσεων πουρίνης και πυριμιδίνης.
Η αδενίνη και η γουανίνη είναι παραδείγματα βάσεων πουρίνης. Αυτό σημαίνει ότι η δομή τους είναι ένας δακτύλιος έξι ατόμων που περιέχει άζωτο ενωμένος με έναν δακτύλιο πέντε ατόμων που περιέχει άζωτο που μοιράζονται δύο άτομα για να συνδυάσουν τους δύο δακτυλίους.
Η θυμίνη και η κυτοσίνη είναι παραδείγματα πυριμιδίνης. Αυτές οι βάσεις αποτελούνται από ένα μόνο δακτύλιο έξι ατόμων που περιέχει άζωτο.
Σημείωση: Το RNA αντικαθιστά την θυμίνη με μια διαφορετική βάση πυριμιδίνης που ονομάζεται ουρακίλη (U).
Κανόνας Chargaffs
Ο κανόνας Chargaffs, γνωστός και ως κανόνας συμπληρωματικής αντιστοίχησης βάσεων, δηλώνει ότι τα ζεύγη βάσεων DNA είναι πάντα αδενίνη με θυμίνη (Α-Τ) και κυτοσίνη με γουανίνη (C-G). Μια πουρίνη ζεύγος πάντα με μια πυριμιδίνη και αντίστροφα. Ωστόσο, το A doesnt ζευγάρι με το C, παρά το ότι είναι μια πουρίνη και μια πυριμιδίνη.
Αυτός ο κανόνας ονομάζεται από τον επιστήμονα Erwin Chargaff ο οποίος ανακάλυψε ότι υπάρχουν ουσιαστικά ίσες συγκεντρώσεις αδενίνης και θυμίνης καθώς και γουανίνης και κυτοσίνης σε όλα σχεδόν τα μόρια ϋΝΑ. Αυτές οι αναλογίες μπορούν να ποικίλουν μεταξύ των οργανισμών, αλλά οι πραγματικές συγκεντρώσεις του Α είναι πάντοτε ουσιαστικά ίσες με το Τ και το ίδιο με το G και το C. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους, περίπου:
Αυτό υποστηρίζει τον συμπληρωματικό κανόνα ότι το ζεύγος Α που πρέπει να ζευγαρώσει με Τ και Ο πρέπει να ζευγαρώσει με το G.
Ο κανόνας Chargaffs εξηγείται
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Πρέπει να κάνει και τα δύο με το δεσμού υδρογόνου που ενώνει τα συμπληρωματικά σκέλη DNA μαζί με το διαθέσιμος χώρος μεταξύ των δύο πτυχών.
Πρώτον, υπάρχουν περίπου 20 Å (angstroms, όπου ένα angstrom είναι ίσο με 10-10 μέτρα) μεταξύ δύο συμπληρωματικών κλώνων DNA. Δύο πουρίνες και δύο πυριμιδίνες μαζί θα πάρουν απλά πάρα πολύ χώρο για να χωρέσουν στο διάστημα μεταξύ των δύο κλώνων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το Α δεν μπορεί να συνδεθεί με G και C δεν μπορεί να συνδεθεί με το Τ.
Αλλά γιατί δεν μπορείτε να ανταλλάξετε ποιοι δεσμοί πουρίνης με ποια πυριμιδίνη; Η απάντηση έχει να κάνει με δεσμού υδρογόνου που συνδέει τις βάσεις και σταθεροποιεί το μόριο DNA.
Τα μόνα ζεύγη που μπορούν να δημιουργήσουν δεσμούς υδρογόνου σε αυτό το διάστημα είναι αδενίνη με θυμίνη και κυτοσίνη με γουανίνη. Τα Α και Τ σχηματίζουν δύο δεσμούς υδρογόνου ενώ τα C και G σχηματίζουν τρία. Αυτές οι δεσμοί υδρογόνου που ενώνουν τους δύο κλώνους και σταθεροποιούν το μόριο, το οποίο του επιτρέπει να σχηματίσει τη διπλή έλικα σαν σκάλα.
Χρήση συμπληρωματικών κανόνων ζεύξης βάσης
Γνωρίζοντας αυτόν τον κανόνα, μπορείτε να υπολογίσετε τον συμπληρωματικό κλώνο σε έναν μόνο κλώνο DNA που βασίζεται μόνο στην ακολουθία ζευγών βάσεων. Για παράδειγμα, ας πούμε ότι γνωρίζετε την ακολουθία ενός σκέλους DNA που έχει ως εξής:
AAGCTGGTTTTGACGAC
Χρησιμοποιώντας τους συμπληρωματικούς κανόνες ζευγαρώματος βάσεων, μπορείτε να συμπεράνετε ότι ο συμπληρωματικός τομέας είναι:
TTCGACCAAAACTGCTG
Οι κλώνοι RNA είναι επίσης συμπληρωματικοί με την εξαίρεση ότι το RNA χρησιμοποιεί ουρακίλη αντί για θυμίνη. Έτσι, μπορείτε επίσης να εξαγάγετε τον κλώνο mRNA που θα παράγεται από τον πρώτο αυτόν κλώνο DNA. Θα ήταν:
UUCGACCAAAACUGCUG