Bazni par

Bazni parovi ili parovi baza, koji se formiraju između specifičnih nukleobaza (označenih i kao dušične baze) su gradivni blokovi dvostrukog heliksa DNK, a učestvuju i u strukturi RNK. Diktirajući specifične obrasce vodikovih veza, Watson-Crickovih parova:

• guanin – citozin (G – C) i
• adenin – timin) (A – T).

Adenin - Timin Watson-Crickov bazni par

omogućavaju DNK molekuli održavanje redovne spiralne strukture koja suptilno zavisi od nukleotidnih sekvenci. 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 replicira DNK, a RNK polimeraza transkribuje DNK u RNK. Mnogi DNK-vezujući proteini mogu prepoznati specifične bazne parove koji identificiraju određene regulatorne regije gena.^[1][2][3]

Osobenost svake molekule DNK, odnosno svakog njenog nukleotida (nukleobaze) određuje prisutna azotna baza, budući da se ona javlja u četiri različite varijante, dok su njegove ostale dvije komponente uvijek istovjetne: pentozni šećer dezoksiriboza i fosfatna grupa. Kao što je već istaknuto, od azotnih baza u nukleotidima DNK se alternativno nalaze purni: adenin (A) i guanin (G) i pirimidini: citozin (C) i timin (T), po kojima se i cijele strukture označavaju kao adeninski, guaninski, citozinski i timinski nukleotidi. Unutar molekule nukleotida središnji položaj ima šećer, a pošto se za njega dušična baza veže bočno (prema komplementarnom polulancu), kostur polinukleotidnog lanca čini nai¬zmjenični slijed karika: dezoksiriboza – fosfatna grupa – dezoksiriboza – fosfatna grupa → →... Jedan zavoj spirale čini dio 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” – vodikovim vezama preko komplementarnih azotnih baza istog nivoa. Ova komplementarnost je dosljedna cijelom dužinom polimera, a ogleda se u tome što se adenin uvijek 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, redoslijed 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 međusobni omjer A–T i G–C nukleotidnih parova.

Unutarmolekularni parovi baza mogu se javiti u unutar jednostrukog lanca nukleinskih kiselina. To je posebno važno u RNK molekulama (npr. transfer RNK), gdje parova 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 saviti u mnoštvo specifičnih trodimenzionalnih RNK struktura. Osim toga, uparivanje baza između transfer RNK (tRNK) i informacijske 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 cijelog genom nekog organizma često se mjeri 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 hromosoma) procjenjuje se da u dužini ima oko 3,2 milijarde baza i da sadrži 20.000-25.000 različitih gena za kodiranje sinteze proteina.^{[2][4][4][5][6]}

Stabilnost hidrogenskih veza

Gore: G-C bazni par sa tri vodikove veze.
Dolje: A-T bazni par sa dvije vodikove veze. Ne-kovalentne vodikove veze između parova prikazane su kao isprekidane linije.

Vodikova veza je hemijskainterakcija u čijoj je osnovi uparivanje baza prema gore opisanim pravilima. Odgovarajući geometrijske korespondencija donatora vodika i primatelja dozvoljava im samo "pravo" da formiraju stabilne parove. DNK s visokim sadržajem C-G parova je stabilnija od DNK sa niskim G-C sadržajem, ali, suprotno uvriježenom mišljenju, hidrogenske veze

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

Uparene DNK i RNA molekule su relativno stabilne 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 sadržaj G-C sadržaja rezultira na višim temperaturama 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 dijeliti 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.

Primjeri

Slijedeće DNK sekvence illustraju 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 zamjenjuje timin, uracil zauzima svoje mjesto u lancu:

AUCGAUUGAGCUCUAGCG

UAGCUAACUCGAGAUCGC

Reference

1. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
2. Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.
3. Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (1996): Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-686-8.
4. Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
5. Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
6. Berberović LJ., Hadžiselimović R. (1986): Rječnik genetike. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 86-01-00723-6.

Također pogledajte

• Nukleotid
• DNK
• RNK
• Nukleinske kiseline