ما هي قاعدة الاقتران التكميلي؟

المحتوى

• القواعد الأربعة النيتروجينية
• Chargaffs القاعدة
• شرح Chargaffs القاعدة
• باستخدام قواعد الاقتران الأساسي التكميلي

حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) هو ما رموز للجميع خلوي المعلومات الوراثية على الأرض. كل الحياة الخلوية من أصغر البكتيريا إلى الحوت الأكبر في المحيط تستخدم الحمض النووي كموادها الوراثية.

ملحوظة: تستخدم بعض الفيروسات الحمض النووي كموادها الوراثية. ومع ذلك ، تستخدم بعض الفيروسات RNA بدلاً من ذلك.

الحمض النووي هو نوع من الحمض النووي يتكون من العديد من الوحدات الفرعية تسمى النيوكليوتيدات. يحتوي كل نكليوتيد على ثلاثة أجزاء: سكر ريبوز 5 الكربون ومجموعة فوسفات وقاعدة نيتروجينية. اثنان فروع مكملة تلتقي الحمض النووي معًا بفضل الترابط الهيدروجيني بين القواعد النيتروجينية التي تسمح للحمض النووي بصنع شكل يشبه السلم يلتف إلى الحلزون المزدوج الشهير.

ارتباطها بين القواعد النيتروجينية التي تسمح لهذا الهيكل بالتشكل. في الحمض النووي ، هناك أربعة خيارات أساسية للنيتروجين: الأدينين (A) ، الثيمين (T) ، السيتوزين (C) ، الجوانين (G). يمكن لكل قاعدة السندات فقط مع بعضها البعض ، A مع T و C مع G. وهذا ما يسمى ب قاعدة المكملة قاعدة الاقتران أو حكم Chargaffs.

القواعد الأربعة النيتروجينية

في الوحدات الفرعية لنيوكليوتيد الحمض النووي ، هناك أربع قواعد نيتروجينية:

يمكن تقسيم كل قاعدة من هذه القواعد إلى فئتين: قواعد البيورين و قواعد بيريميدين.

الأدينين و guanine هي أمثلة على قواعد البيورين. وهذا يعني أن بنيتها عبارة عن حلقة ذرة تحتوي على ستة نيتروجين مرتبطة بحلقة ذرة تحتوي على النيتروجين وتشترك في ذرتين لتجمع الحلقتين.

ثيمين وسيتوزين هي أمثلة على قواعد بيريميدين. تتكون هذه القواعد من حلقة ذرة واحدة تحتوي على النيتروجين.

ملحوظة: الحمض النووي الريبي يستبدل الثيمين بقاعدة بيريميدين مختلفة تسمى uracil (U).

Chargaffs القاعدة

تنص قواعد Chargaffs ، والمعروفة أيضًا باسم قاعدة الاقتران التكميلي الأساسي ، على أن أزواج قاعدة الحمض النووي تكون دائمًا الأدينين بالثيمين (A-T) والسيتوزين مع الجوانين (C-G). البيورين يتزاوج دائمًا مع بيريميدين والعكس صحيح. ومع ذلك ، A لا يتزاوج مع C ، على الرغم من أن يكون البيورين والبيريميدين.

سميت هذه القاعدة على اسم العالم إروين تشارجاف الذي اكتشف أن هناك تركيزات متساوية بشكل أساسي بين الأدينين والثييمين وكذلك الجوانيين والسيتوزين داخل جميع جزيئات الحمض النووي تقريبًا. يمكن أن تختلف هذه النسب بين الكائنات الحية ، لكن التركيزات الفعلية لـ A تكون دائمًا مساوية لـ T وتساوٍ مع G و C. على سبيل المثال ، عند البشر ، هناك تقريبًا:

هذا يدعم القاعدة التكميلية التي يجب أن تقرن A مع T و C يجب أن تقترن بـ G.

شرح Chargaffs القاعدة

لماذا هذا هو الحال ، على الرغم من؟

عليها أن تفعل مع كل من الرابطة الهيدروجينية التي تنضم إلى فروع الحمض النووي التكميلي جنبا إلى جنب مع مساحة متاحة بين اثنين من فروع.

أولاً ، هناك حوالي 20 Å (أنجستروم ، حيث أنجستروم واحد يساوي 10^-10 متر) بين اثنين من فروع مكملة من الحمض النووي. اثنين من البيورين والبيريميدين معًا سيستغرقان ببساطة مساحة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن وضعها في الفراغ بين الحدين. هذا هو السبب في أن A لا يمكن الارتباط مع G و C لا يمكن الارتباط مع T.

ولكن لماذا لا يمكنك مبادلة أي روابط البيورين التي بيريميدين؟ الجواب له علاقة مع الرابطة الهيدروجينية الذي يربط القواعد ويستقر جزيء الحمض النووي.

أزواج الوحيدة التي يمكن أن تخلق روابط الهيدروجين في هذا الفضاء هي الأدينين مع الثيمين والسيتوزين مع الجوانين. تشكل A و T رابطة هيدروجينية بينما تشكل C و G ثلاثة. لها هذه الروابط الهيدروجينية التي تربط بين شقين وتحقيق الاستقرار في الجزيء ، والذي يسمح لها لتشكيل الحلزون المزدوج مثل سلم.

باستخدام قواعد الاقتران الأساسي التكميلي

معرفة هذه القاعدة ، يمكنك معرفة حبلا تكميلية لخيوط الحمض النووي واحدة تستند فقط على تسلسل الزوج الأساسي. على سبيل المثال ، دعنا نقول أنك تعرف تسلسل حبلا DNA واحد كما يلي:

AAGCTGGTTTTGACGAC

باستخدام قواعد الاقتران الأساسي التكميلي ، يمكنك استنتاج أن الشريط التكميلي هو:

TTCGACCAAAACTGCTG

فروع الحمض النووي الريبي هي أيضا مكملة باستثناء أن الحمض النووي الريبي يستخدم اليوراسيل بدلا من الثيمين. لذلك ، يمكنك أيضًا استنتاج خيوط mRNA التي سيتم إنتاجها من خيط الحمض النووي الأول. ستكون:

UUCGACCAAAACUGCUG