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デオキシリボ核酸（DNA）はすべてをコードするものです セルラー 地球上の遺伝情報。海洋で最小のバクテリアから最大のクジラまでのすべての細胞生命は、遺伝物質としてDNAを使用します。
注意： 一部のウイルスは、遺伝物質としてDNAを使用します。ただし、代わりにRNAを使用するウイルスもあります。
DNAは、ヌクレオチドと呼ばれる多くのサブユニットで構成される核酸の一種です。各ヌクレオチドには3つの部分があります。5炭素リボース糖、リン酸基、窒素塩基です。二 相補鎖 窒素塩基間の水素結合により、DNAがラダーのような形になり、有名な二重らせんにねじれます。
この構造の形成を可能にする窒素ベース間の結合。 DNAには、アデニン（A）、チミン（T）、シトシン（C）、グアニン（G）の4つの窒素塩基オプションがあります。各塩基は、AとT、CとGのみが結合できます。これは、 相補的な塩基対形成規則 または シャルガフのルール.
4つの窒素ベース
DNAヌクレオチドサブユニットには、4つの窒素塩基があります。
これらの各ベースは、次の2つのカテゴリに分類できます。 プリン塩基 そして ピリミジン塩基.
アデニンとグアニンの例 プリン塩基。これは、それらの構造が、2つの原子を共有して2つの環を結合する窒素含有5原子環と結合した窒素含有6原子環であることを意味します。
チミンとシトシンの例は ピリミジン塩基。これらの塩基は、単一の窒素含有6原子環で構成されています。
注意： RNAは、チミンをウラシル（U）と呼ばれる異なるピリミジン塩基に置き換えます。
チャーガフのルール
相補塩基対形成規則としても知られるChargaffs規則は、DNA塩基対は常にチミンとのアデニン（A-T）とグアニンとのシトシン（C-G）であると述べています。プリンは常にピリミジンと対になり、逆もまた同様です。しかし、プリンとピリミジンであるにもかかわらず、AはCとペアになりません。
この規則は、ほぼすべてのDNA分子内にグアニンとシトシンだけでなくアデニンとチミンの濃度が本質的に等しいことを発見した科学者アーウィンシャルガフにちなんで命名されました。これらの比率は生物によって異なる場合がありますが、Aの実際の濃度は常にTに本質的に等しく、GおよびCと同じです。たとえば、人間では、およそ次のようになります。
これは、AがTとペアリングし、CがGとペアリングする必要があるという補足規則をサポートします。
Chargaffsルールの説明
しかし、なぜそうなのでしょうか？
それは両方で行う必要があります 水素結合 相補的なDNA鎖を一緒に結合します 利用可能なスペース 2本の鎖の間。
まず、約20Å（オングストローム、1オングストロームは10-10 メートル）DNAの2つの相補鎖の間。 2つのプリンと2つのピリミジンを一緒にすると、2つのストランド間のスペースに収まりきらないほどスペースが大きくなりすぎます。これが、AがGと結合できず、CがTと結合できない理由です。
しかし、どのプリン結合をどのピリミジンと交換できないのですか？答えは 水素結合 塩基を接続し、DNA分子を安定化します。
その空間で水素結合を生成できる唯一のペアは、チミンとアデニンおよびグアニンとシトシンです。 AとTは2つの水素結合を形成し、CとGは3つを形成します。これらの水素結合は2本の鎖を結合し、分子を安定化させるため、はしご状の二重らせんを形成できます。
相補ベースペアリングルールの使用
この規則を知っていれば、塩基対配列のみに基づいて単一のDNA鎖の相補鎖を見つけることができます。たとえば、次のような1つのDNA鎖の配列を知っているとしましょう。
AAGCTGGTTTTGACGAC
相補的な塩基ペアリングルールを使用すると、相補鎖は次のように結論付けることができます。
TTCGACCAAAACTGCTG
RNA鎖は、RNAがチミンの代わりにウラシルを使用することを除いて、相補的です。そのため、その最初のDNA鎖から生成されるmRNA鎖を推測することもできます。それはそのようになります：
UUCGACCAAAACUGCUG