21.10: DNA-Basen-Paarung

Erwin Chargaffs Regeln zur DNA-Äquivalenz ebneten den Weg für die Entdeckung der Basenpaarung in der DNA. Die Chargaff-Regeln besagen, dass in einem doppelsträngigen DNA-Molekül

1. die Menge an Adenin (A) ist gleich der Menge an Thymin (T);
2. die Menge an Guanin (G) gleich der Menge an Cytosin (C) ist, und
3. Die Summe der Purine A und G ist gleich der Summe der Pyrimidine C und T (d. h. A+G = C+T).

Spätere Arbeiten von Watson und Crick zeigten, dass in doppelsträngiger DNA A immer zwei Wasserstoffbrückenbindungen mit T und G immer drei Wasserstoffbrückenbindungen mit C bildet. Diese Basenpaarung behält eine konstante Breite der DNA-Doppelhelix bei, da sowohl A-T- als auch C-G-Paare 10,85Å lang sind und genau zwischen die beiden Zucker-Phosphat-Rückgrate passen.

Basenpaarungen führen dazu, dass die stickstoffhaltigen Basen für andere Moleküle unzugänglich sind, bis sich die Wasserstoffbrückenbindungen trennen. Spezifische Enzyme können diese Wasserstoffbrückenbrücken jedoch leicht aufbrechen, um notwendige Zellprozesse wie DNA-Replikation und Transkription durchzuführen. Da ein G-C-Paar mehr Wasserstoffbrückenbindungen aufweist als ein A-T-Paar, benötigt DNA mit einem hohen Anteil an G-C-Paaren die höhere Energie für die Trennung von zwei DNA-Strängen als einer mit einem ähnlichen Prozentsatz an A-T-Paaren.

Basenanaloga als Medizin

Die korrekte Basenpaarung ist für die originalgetreue Replikation der DNA unerlässlich. Basenanaloga sind Moleküle, die die Standard-DNA-Basen während der DNA-Replikation ersetzen können. Diese Analoga sind wirksame antivirale und krebshemmende Mittel gegen Krankheiten wie Hepatitis, Herpes und Leukämie. Aciclovir, auch bekannt als Acicloguanosin, ist ein basisches Analogon von Guanin und wird häufig bei der Behandlung des Herpes-simplex-Virus eingesetzt. Der Guanin-Teil von Aciclovir paart sich wie üblich während der DNA-Replikation mit Adenin; Da sie jedoch kein 3′-Ende des Nukleotids hat, kann die DNA-Polymerase nicht weiter Basenpaare bilden, und die Replikation endet.