Bazni par

Bazni parovi ili parovi baza, koji se formiraju između specifičnih nukleobaza (označenih i kao azotne baze), su gradivni blokovi dvostrukog heliksa DNK, a učestvuju i u strukturi RNK. Oni diktirajući specifične obrasce vodoničnih veza, Votson-Krikovih parova: guanin – citozin (G – C) i adenin – timin) (A – T), omogućavaju DNK molekulu održavanje regularne spiralne strukture koja suptilno zavisi od nukleotidnih sekvenci.^[1] Komplementarna priroda ove strukture zasnovane na uparivanju pruža sigurnosnu kopiju svih genetičkih informacija kodiranih u strukturi DNK. Redovna struktura i samoobnovljivost podataka u DNK, čine je pogodnom za čuvanje genetičke informacije, dok uparivanje između DNK i dolaznih nukleotida pruža mehanizam putem kojeg DNK polimeraza replikuje DNK, a RNK polimeraza transkribuje DNK u RNK. Mnogi DNK-vezujući proteini mogu da prepoznaju specifične bazne parove koji identifikuju određene regulatorne regije gena.^[2]^[3]^[4]

Osobenost svakog molekula DNK, odnosno svakog njegovog nukleotida (nukleobaze) određuje prisutna azotna baza, budući da se ona javlja u četiri različite varijante, dok su njegove ostale dve komponente uvek istovetne: pentozni šećer dezoksiriboza i fosfatna grupa. Kao što je već istaknuto, od azotnih baza u nukleotidima DNK se alternativno nalaze purini: adenin (A) i guanin (G) i pirimidini: citozin (C) i timin (T), po kojima se i cele strukture označavaju kao adeninski, guaninski, citozinski i timinski nukleotidi. Unutar molekula nukleotida središnji položaj ima šećer, a pošto se za njega azotna baza veže bočno (prema komplementarnom polulancu), kostur polinukleotidnog lanca čine naizmenični sled karika: dezoksiriboza – fosfatna grupa – dezoksiriboza – fosfatna grupa → → ... Jedan zavoj spirale čini deo polulanca od 10 parova pentoza – fosfatna grupa (3,4 nm = 3,4 x 10–6 mm). Dva ovakva polulanca nukleotida međusobno su spojena paralelnim „prečkama” – vodoničnim vezama preko komplementarnih azotnih baza istog nivoa. Ova komplementarnost je dosledna celom dužinom polimera, a ogleda se u tome što se adenin uvek veže sa timinom, a guanin sa citozinom, sa četiri moguće varijante veza među polulancima DNK: A–T i T–A, te G–C i C–G. Imajući u vidu tu pravilnost, redosled nukleotida u jednom polulancu precizno je uslovljen i određen komplementarnim nizom njegovog parnjaka. Prema toj genetičkoj konstanti, ukupni broj molekula adenina u svakom lancu DNK (pa i u ćeliji i organizmu) jednak je broju molekula timina, a guanina ima onoliko koliko i citozina. Stalnost ukupne količine DNK po jednoj ćeliji je jedna od osnovnih genetičkih karakteristika svake vrste organizama, što se odnosi i na međusobnu razmeru A–T i G–C nukleotidnih parova.^[5]^[2]^[5]^[3]^[6]

Unutarmolekularni parovi baza mogu se javiti u unutar jednostrukog lanca nukleinskih kiselina. To je posebno važno u RNK molekulima (npr. transportna RNK), gde parovi baza (G-C i A-U) dozvoljavaju formiranje kratkog dvolančanog heliksa, a širok spektar nespecifične interakcije (npr. G-U ili A-A) omogućava savijanje RNK u mnoštvo specifičnih trodimenzionalnih RNK struktura. Osim toga, uparivanje baza između transportne RNK (tRNK) i informacione RNK (iRNK) predstavlja osnovu za molekularno prepoznavanje događaja koji rezultiraju u sekvenci nukleotida iRNK, koja postaje genetički kod za sekvencu aminokiselina u proteinima.

Veličina pojedinih gena ili celog genom nekog organizma često se meri u baznim parovima DNK, jer je obično dvostruki polimer. Stoga je ukupni broj parova baza jednak broju nukleotida u jednom od lanaca (s izuzetkom nekodirajućih jednostrukih regija telomera. U haploidima ljudskog genoma (23 hromozoma) procenjuje se da po dužini ima oko 3,2 milijarde baza i da je prisutno 20.000-25.000 različitih gena za kodiranje proteina.^[7]^[8]^[9] Kilobaza (kb) je merna jedinica u molekularnogj biologiji jednaka sa 1000 baznih parova DNK ili RNK.^[10] Totalna količina DNK baznih parova na Zemlji se procenjuje da je 5,0 × 10³⁷, i teži 50 milijardi tona.^[11] U poređenju s tim, ukupna količina mase biosfere se procenjuje da je oko 4 TtC (biliona tona ugljenika).^[12]

Stabilnost vodoničnih veza

Gore: G-C bazni par sa tri vodonične veze. Dole: A-T bazni par sa dve vodonične veze. Nekovalentne vodonične veze između parova prikazane su kao isprekidane linije.

Vodonična veza je hemijska interakcija u čijoj je osnovi uparivanje baza prema gore opisanim pravilima. Odgovarajuća geometrijska korespondencija donatora vodonika i primalaca dozvoljava im samo istoravansko formiranje stabilnih parova. DNK s visokim sadržajem C-G parova je stabilnija od DNK sa niskim G-C sadržajem.

Veće nukleobaze, adenin i guanin, su članovi klase dvoprstenaste hemijske strukture zvane purini. Manje nukleobaze, citozin i timin (i uracil), članovi su klase jednoprstenaste hemijske strukture zvane pirimidini. Purini su komplementarni samo pirimidinima. Pirimidin-pirimidin parovi su vrlo nepovoljni jer su molekuli suviše daleko za utvrđivanje vodoničnih veza, purin-purin parovi su takođe nepovoljni, jer su tada molekuli preblizu, što dovodi do odbojnosti preklapanja. Purine-pirimidin uparivanje A-T ili G-C ili U-A (u RNK) rezultatira u pravilnoj dupleksnoj strukturi. Jedini drugi parovi purina-pirimidin bi bili A-C i G-T i U-G (u RNK). Ovakvi parovi su neusklađeni, jer osobenosti vodoničnih donatora i akceptantora ne odgovaraju jedna drugima. G-U uparivanje, sa dve vodonične veze, u RNK ne javlja se često.

Upareni DNK i RNA molekuli su relativno stabilni na sobnoj temperaturi, ali u dva nukleotidna lanca neznačajno stabiliziraju DNK, a stabilizacija se uglavnom postiže slaganjem interakcija i navoja. Dva nukleotida se neće odvojiti iznad tačke topljenja, koju određuje dužina molekula, količina pogrešnih uparivanja (ako ih ima), i G-C sadržaj. Veći G-C sadržaj uzrokuje više temperature topljenja, pa ne iznenađuje da su genomi ekstremofilnih organizama, kao što je Thermus thermophilus, posebno bogati G-C parovima. Nasuprot tome, regioni genoma koji se moraju često deliti te su komparativno siromašniji u sadržaju ovog baznog para. G-C sadržaj i temperature topljenja moraju se uzeti u obzir i prilikom dizajniranja prajmera (početnica) za PCR reakcije.

Primeri

Sledeće DNK sekvence ilustruju osobenosti para u dvostrukom lancu nukleotida. Konvencijski, vrh lanca se označava kao 5' kraj do 3' kraj, a dno lanca: 3' to 5'.

Uparivanje baza DNK sekvence:

ATCGATTGAGCTCTAGCG

TAGCTAACTCGAGATCGC

Odgovarajuće sekvence RNK, u kojima je uracil zamenjen timinom:

AUCGAUUGAGCUCUAGCG

UAGCUAACUCGAGAUCGC

Vidi još

Reference

^ „Sequence-Dependent Variability of B-DNA”. DNA Conformation and Transcription. Springer: 18–34. 1979. doi:10.1007/0-387-29148-2_2.
^ ^а ^б Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. : Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. 2005. ISBN 978-9958-9344-1-4.
^ ^а ^б Hadžiselimović R., Pojskić N. : Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. 2005. ISBN 978-9958-9344-3-8.
^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. : Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo. 1996. ISBN 978-9958-10-686-6.
^ ^а ^б Kapur Pojskić L., Ed. : Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. 2014. ISBN 978-9958-9344-8-3.
^ Berberović LJ., Hadžiselimović R. : Rječnik genetike. Svjetlost, Sarajevo. 1986. ISBN 978-86-01-00723-9.
^ Moran, Laurence A. (24. 3. 2011). „The total size of the human genome is very likely to be ~3,200 Mb”. Sandwalk.blogspot.com. Приступљено 16. 7. 2012.
^ „The finished length of the human genome is 2.86 Gb”. Strategicgenomics.com. 12. 6. 2006. Приступљено 16. 7. 2012.
^ International Human Genome Sequencing Consortium (2004). „Finishing the euchromatic sequence of the human genome”. Nature. 431 (7011): 931—45. Bibcode:2004Natur.431..931H. PMID 15496913. doi:10.1038/nature03001.
^ Cockburn, Andrew F.; Jane Newkirk, Mary; Firtel, Richard A. (1976). „Organization of the ribosomal RNA genes of dictyostelium discoideum: Mapping of the nontrascribed spacer regions”. Cell. 9 (4): 605—613. doi:10.1016/0092-8674(76)90043-X.
^ Nuwer, Rachel (18. 7. 2015). „Counting All the DNA on Earth”. The New York Times. New York: The New York Times Company. ISSN 0362-4331. Приступљено 18. 7. 2015.
^ „The Biosphere: Diversity of Life”. Aspen Global Change Institute. Basalt, CO. Архивирано из оригинала 02. 09. 2010. г. Приступљено 19. 7. 2015.

Literatura

Watson, J. D.; Baker, T. A.; Bell, S. P.; Gann, A.; Levine, M.; Losick, R. (2004). Molecular Biology of the Gene (5th изд.). Pearson Benjamin Cummings: CSHL Press. (See esp. ch. 6 and 9)
Sigel, Astrid; Helmut Sigel; Roland K. O. Sigel, ур. (2012). Interplay between Metal Ions and Nucleic Acids. Metal Ions in Life Sciences. 10. Springer. ISBN 978-9-4007-2171-5. doi:10.1007/978-94-007-2172-2.
Clever, Guido H.; Shionoya, Mitsuhiko (2012). „Chapter 10. Alternative DNA Base-Pairing through Metal Coordination”. Interplay between Metal Ions and Nucleic Acids. стр. 269—294. doi:10.1007/978-94-007-2172-2_10.
Megger, Dominik A.; Megger, Nicole; Mueller, Jens (2012). „Chapter 11. Metal-Mediated Base Pairs in Nucleic Acids with Purine and Pyrimidine-Derived Neucleosides”. Interplay between Metal Ions and Nucleic Acids. стр. 295—317. doi:10.1007/978-94-007-2172-2_11.

Spoljašnje veze

Graphical user interface to the EMBOSS suite of bioinformatics tools Архивирано на сајту Wayback Machine (11. април 2018)

[1] „Sequence-Dependent Variability of B-DNA”. DNA Conformation and Transcription. Springer: 18–34. 1979. doi:10.1007/0-387-29148-2_2.

[Bajrović-2] а ^б Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. : Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. 2005. ISBN 978-9958-9344-1-4.

[Hadžiselimović-3] а ^б Hadžiselimović R., Pojskić N. : Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. 2005. ISBN 978-9958-9344-3-8.

[4] Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. : Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo. 1996. ISBN 978-9958-10-686-6.

[Kapur-5] а ^б Kapur Pojskić L., Ed. : Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. 2014. ISBN 978-9958-9344-8-3.

[6] Berberović LJ., Hadžiselimović R. : Rječnik genetike. Svjetlost, Sarajevo. 1986. ISBN 978-86-01-00723-9.

[7] Moran, Laurence A. (24. 3. 2011). „The total size of the human genome is very likely to be ~3,200 Mb”. Sandwalk.blogspot.com. Приступљено 16. 7. 2012.

[8] „The finished length of the human genome is 2.86 Gb”. Strategicgenomics.com. 12. 6. 2006. Приступљено 16. 7. 2012.

[IHSGC2004-9] International Human Genome Sequencing Consortium (2004). „Finishing the euchromatic sequence of the human genome”. Nature. 431 (7011): 931—45. Bibcode:2004Natur.431..931H. PMID 15496913. doi:10.1038/nature03001.

[10] Cockburn, Andrew F.; Jane Newkirk, Mary; Firtel, Richard A. (1976). „Organization of the ribosomal RNA genes of dictyostelium discoideum: Mapping of the nontrascribed spacer regions”. Cell. 9 (4): 605—613. doi:10.1016/0092-8674(76)90043-X.

[NYT-20150718-rn-11] Nuwer, Rachel (18. 7. 2015). „Counting All the DNA on Earth”. The New York Times. New York: The New York Times Company. ISSN 0362-4331. Приступљено 18. 7. 2015.

[AGCI-2015-12] „The Biosphere: Diversity of Life”. Aspen Global Change Institute. Basalt, CO. Архивирано из оригинала 02. 09. 2010. г. Приступљено 19. 7. 2015.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]