Komplementaarsus nukleiinhapetes: DNA ja RNA aluspaaride põhimõte
Komplementaarsus nukleiinhapetes: selgitus A–T ja C–G paaritumisest, RNA–DNA erinevustest, vesiniksidemetest ning rollist DNA replikatsioonis ja geeniekspressioonis.
Molekulaarbioloogias on komplementaarsus nukleiinhapete (näiteks DNA ja RNA) omadus: see tähendab, et ühe ahela iga nukleotiidil paiknev lämmastikaline alus võib siduda kindla vastaskülje alusmolekuliga, moodustades aluspaarid, mis on omavahel vesiniksidemete abil mittekovalentselt seotud. Just see täpsus võimaldab nukleiinhapetel kanda ja täpselt kopeerida geneetilist informatsiooni.
Kuna DNAs ja RNAs leidub iga aluse jaoks vaid üks peamine komplementaarne partner, saavad ensüümid komplementaarse ahela sünteesida mistahes olemasolevast ahelast. See reegel on hädavajalik DNA replikatsiooniks, transkriptsiooniks (RNA sünteesiks) ja paljudeks laborimeetoditeks, nagu PCR ja hübridisatsioon.
Aluspaaride reeglid
- A koos T — adenosiin (A) paaritub tümiiniga (T) DNA-s; nende vahel moodustuvad kaks vesiniksilda.
- C koos G — tsütosiin (C) paaritub guaniiniga (G); nende vahel tekivad kolm vesiniksilda, muutes C–G paari veidi stabiilsemaks kui A–T paari.
RNA-s asendab tümiini alusel uratsiil (U), nii et RNA aluspaar on A–U. Lisaks võimaldab RNA erikujuline kaksiküttekohaline struktuur vahel kujuneda alternatiivseid paaritusi (nt G–U wobble-paarid), mis on olulised translateerimisel ja RNA sekundaarstruktuuride moodustumisel.
Struktuur ja orientatsioon
Nukleiinhapete ahelad on polünukleotiidid, millel on suunalisus: 5' (viie prima) ja 3' (kolme prima) ots. Kahe vastaspoolse ahela komplementaarne sidumine toimub antisünkronselt ehk ahelad on antiparalleelsed — ühe ahela 5' ots vastab teise 3' otsale. Näiteks DNA järjestuse 5' AGTCATG 3' komplementaarne ahel on 3' TCAGTAC 5', mis vastavalt 5'→3' kirjutatuna on 5' CATGACT 3'.
Bioloogiline tähendus ja rakendused
Komplementaarsus on geneetika keskne printsiip:
- DNA replikatsioon — DNA polümeraasi abil sünteesitakse uus ahel olemasoleva ahela mallina, kasutades aluspaaride reeglit, mis tagab kõrge täpsuse.
- Transkriptsioon — RNA sünteesitakse DNA mallilt, kus T asendub U-ga ja lähtutakse samadest komplementaarsuse reeglitest.
- Temperatuuri- ja stabiilsuse mõju — C–G paaride suurem arv ahelas tõstab DNA termilist stabiilsust (kõrgem sulamistemperatuur), mis on oluline rakkude kohastumisel eri tingimustega.
- Laboritehnikad — nukleiinhapete hübridisatsioon, PCR, sekveneerimine ja diagnostika toimivad kõik aluspaaride täpsel äratundmisel.
Erandid ja vead
Kuigi komplementaarsus on üldine reegel, võivad tekkida mittetäielikud või moonutatud paarid (mismatches), valgumolekulide keemilised kahjustused või muundumised (deaminatsioon, oksüdatsioon jm), mis viivad mutatsioonideni. Rakud kasutavad erinevaid parandussüsteeme, et selliseid vigu parandada. RNA puhul võimaldavad erandid nagu G–U „wobble“ paari kujunemine mõnedel juhtudel suuremat funktsionaalset mitmekesisust (nt tRNA-de roll translatsioonis).
Kokkuvõttes on nukleiinhapete komplementaarsus fundamentaalne omadus, mis seletab, kuidas geneetiline informatsioon säilub, kopeeritakse ja ekspresseerub ning võimaldab nii rakkudel kui teadlastel usaldusväärselt töötada DNA ja RNA molekulidega.
Vasakul on nukleotiidid, mis moodustavad DNA ja nende komplementaarne aluspaar. A ja T vahel on 2 vesiniksidet, C ja G vahel on 3 vesiniksidet. Paremal on DNA järjestus
Seotud leheküljed
- Baaspaar
Küsimused ja vastused
K: Mis on molekulaarbioloogias komplementaarsus?
V: Molekulaarbioloogias on komplementaarsus nukleiinhapete, näiteks DNA ja RNA, omadus, mille puhul igal nukleotiidil on lämmastikaline alus, mis võib paarituda teise erineva nukleotiidi lämmastikalise alusega.
K: Kuidas on lämmastikalused üksteist täiendavad?
V: Iga lämmastikaline alus võib moodustada paari teise erineva nukleotiidi lämmastikalise alusega ja need aluspaarid on mittekovalentselt seotud vesiniksidemete abil.
K: Miks on komplementaarsus oluline DNA replikatsiooni jaoks?
V: Ensüümid võivad teha ükskõik millisest üksikust ahelast komplementaarse ahela, mis on vajalik DNA replikatsiooniks.
K: Millised on DNA-s ja RNA-s leiduvad komplementaarsed aluspaarid?
V: DNA-s ja RNA-s leiduvad komplementaarsed aluspaarid on A ja T ning C ja G.
K: Kas iga lämmastikbase võib moodustada paari mis tahes teise lämmastikbasiga?
V: Ei, iga DNA-s ja RNA-s leiduvale alusele on ainult üks komplementaarne alus.
K: Milline on DNA järjestuse A G T T C A T G komplementaarse ahela lämmastikbaasi järjestus?
V: DNA järjestuse A G T C A T G komplementaarse ahela lämmastikbaasi järjestus oleks T C A G T A C.
K: Kuidas on DNA ja RNA komplementaarsed aluspaarid seotud?
V: DNA ja RNA komplementaarseid aluspaare seovad vesiniksidemed.
Otsige