תוֹכֶן
חומצה Deoxyribonucleic (DNA) היא מה שמקודד לכל סלולרי מידע גנטי על כדור הארץ. כל חיי הסלולר מהחיידקים הקטנים ביותר ועד לוויתן הגדול ביותר באוקיינוס משתמשים ב- DNA כחומר הגנטי שלהם.
הערה: יש וירוסים המשתמשים ב- DNA כחומר הגנטי שלהם. עם זאת, וירוסים מסוימים משתמשים ב- RNA במקום.
ה- DNA הוא סוג של חומצה גרעין המורכבת מתת-יחידות רבות הנקראות נוקלאוטידים. לכל נוקלאוטיד שלושה חלקים: סוכר ריבוז מפחמן 5, קבוצת פוספט ובסיס חנקני. שתיים גדילים משלימים של DNA נפגשים בזכות קשירת מימן בין הבסיסים החנקניים המאפשר ל- DNA ליצור צורה דמוית סולם המתפתלת לסליל הכפול המפורסם.
הקשר שלו בין הבסיסים החנקניים המאפשר להיווצר מבנה זה. ב- DNA קיימות ארבע אפשרויות בסיס חנקניות: אדנין (A), תימין (T), ציטוזין (C) וגואנין (G). כל בסיס יכול להתחבר רק אחד עם השני, A עם T ו- C עם G. זה נקרא כלל זיווג בסיס משלים או צ'רגאף פוסק.
ארבעת הבסיסים החנקניים
בתת-יחידות נוקליאוטיד DNA, ישנם ארבעה בסיסים חנקניים:
ניתן לחלק כל אחד מהבסיסים לשתי קטגוריות: בסיסי פורין ו בסיסי פירימידין.
אדנין וגואנין הם דוגמאות ל בסיסי פורין. פירוש הדבר שהמבנה שלהם הוא טבעת המכילה שישה אטומים עם חנקן המחוברת לטבעת חמשת אטומים המכילה חנקן החולקים שני אטומים כדי לשלב בין שתי הטבעות.
תימין וציטוזין הם דוגמאות ל בסיסי פירימידין. בסיסים אלה מורכבים מטבעת שש אטומית המכילה חנקן.
הערה: RNA מחליף תימין בבסיס פירימידין שונה בשם אורציל (U).
כלל צ'רגאף
כלל Chargaffs, הידוע גם בשם כלל זיווג הבסיס המשלים, קובע כי זוגות בסיסי DNA הם תמיד אדנין עם תימין (A-T) וציטוזין עם גואנין (C-G). פורין תמיד מזדווג עם פירימידין ולהפך. עם זאת, A לא מזווג עם C, למרות היותו פורין ופירימידין.
כלל זה נקרא על שם המדען ארווין צ'ארגף שגילה כי ישנם ריכוזים שווים במהותם של אדנין ותימין וכן גואנין וציטוזין כמעט בכל מולקולות ה- DNA. יחסים אלה יכולים להשתנות בין אורגניזמים, אולם הריכוזים האמיתיים של A תמיד שווים במהות ל- T וזהים ל- G ו- C. לדוגמא, אצל בני אדם, ישנם כ:
זה תומך בכלל המשלים ש- A חייבת להתאים עם T ו- C חייבת להתאים עם G.
החוק הוסבר
אולם מדוע זה המצב?
זה קשור לשניהם עם קשירת מימן המצטרף לחוטי DNA המשלימים יחד עם שטח פנוי בין שני הגדילים.
ראשית, יש בערך 20 Å (אנגסטרומים, שבהם אנגסטרום אחד שווה ל 10-10 מטר) בין שני גדילי DNA משלימים. שני פורינים ושני פירימידינים יחד היו פשוט תופסים מקום רב מדי בכדי שיוכלו להתאים לחלל שבין שני הגדילים. זו הסיבה ש- A לא יכולה להתחבר ל- G ו- C לא יכולה להתחבר לט.
אבל מדוע אתה לא יכול להחליף אילו פורין נקשר עם איזה פירימידין? התשובה קשורה קשירת מימן המחבר בין הבסיסים ומייצב את מולקולת ה- DNA.
הזוגות היחידים שיכולים ליצור קשרי מימן בחלל זה הם אדנין עם תימין וציטוזין עם גואנין. A ו- T יוצרים שני קשרי מימן ואילו C ו- G יוצרים שלושה. קשרי המימן הללו המצטרפים לשני הגדילים ומייצבים את המולקולה, המאפשרת לה ליצור את הסליל הכפול דמוי הסולם.
שימוש בכללי זיווג בסיס משלימים
בהכרת כלל זה, תוכלו להבין את הגדיל המשלים לחוט DNA יחיד המבוסס רק על רצף זוג הבסיס. לדוגמה, נניח שאתה יודע את הרצף של גדיל DNA אחד שהוא כדלקמן:
AAGCTGGTTTTGACGAC
באמצעות כללי ההתאמה הבסיסיים המשלימים אתה יכול להסיק כי הגדיל המשלים הוא:
TTCGACCAAAACTGCTG
גדילי RNA משלימים גם למעט שה- RNA משתמש באורציל במקום תימין. אז אתה יכול גם להסיק את גדיל ה- mRNA שיופק מאותו DNA DNA ראשון. זה יהיה:
UUCGACCAAAACUGCUG