6.3:

6.3: Paire de base de l'ADN

DNA Base Pairing

JoVE Core
Molecular Biology

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DNA Base Pairing

6.2: Replication in Eukaryotes

6.4: The DNA Replication Fork

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02:27 min

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November 23, 2020

Overview

Erwin Chargaff’s rules on DNA equivalence paved the way for the discovery of base pairing in DNA. Chargaff’s rules state that in a double-stranded DNA molecule,

the amount of adenine (A) is equal to the amount of thymine (T);
the amount of guanine (G) is equal to the amount of cytosine (C); and
the sum of purines, A and G, is equal to the sum of pyrimidines, C and T (i.e., A+G = C+T).

Later work by Watson and Crick revealed that in double-stranded DNA, A always forms two hydrogen bonds with T, and G always forms three hydrogen bonds with C. This base pairing maintains a constant width of the DNA double helix, as both A-T and C-G pairs are 10.85Å in length and fit neatly between the two sugar-phosphate backbones.

Base pairings cause the nitrogenous bases to be inaccessible to other molecules until the hydrogen bonds separate. However, specific enzymes can easily break these hydrogen bonds to carry out necessary cell processes, such as DNA replication and transcription. As a G-C pair has more hydrogen bonds than an A-T pair, DNA with a high percentage of G-C pairs will need the higher energy for separation of two strands of DNA than one with a similar percentage of A-T pairs.

Base Analogs as Medicine

Correct base pairing is essential for the faithful replication of DNA. Base analogs are molecules that can replace the standard DNA bases during DNA replication. These analogs are effective antiviral and anticancer agents against diseases such as hepatitis, herpes, and leukemia. Acyclovir, also known as Acycloguanosine, is a base analog of guanine and is commonly used in the treatment of the herpes simplex virus. The guanine part of Acyclovir pairs with adenine as usual during DNA replication; however, because it does not have a 3’ end of the nucleotide, DNA polymerase cannot continue forming base pairs, and replication terminates.

Transcript

L’ADN ressemble à une échelle torsadée, et les échelons de l’échelle d’ADN sont des paires complémentaires de bases azotées. Selon les règles d’appariement des bases, l’adénine se couple avec la thymine, une pyrimidine, avec deux liaisons hydrogène. Et la guanine, une purine, se couple avec la cytosine, une pyrimidine, avec trois liaisons hydrogène.

Mais pourquoi les purines se coupent-elles toujours avec une pyrimidine En raison des contraintes stériques, c’est-à-dire des restrictions spatiales, imposées par le squelette phosphate de sucre de l’ADN, seul un espace de 10, 85 angstrom est disponible pour les paires de base dans une double hélice d’ADN. Les purines ont une structure à double anneau. Par conséquent, deux purines ensemble seraient trop grandes pour tenir dans cet espace.

D’autre part, si nous mettons deux pyrimidines ensemble, qui ne contiennent qu’un seul anneau, la distance entre elles serait trop grande pour former des liaisons hydrogène, qui font environ 2 angstroms de long. Cependant, si nous couplons une purine et une pyrimidine ensemble, elles s’adapteront parfaitement à l’intérieur de l’hélice de l’ADN et seront assez proches pour former des liaisons hydrogène. Une liaison hydrogène peut se former quand un atome d’hydrogène se trouve à environ 2 angstroms d’un atome électronégatif, tel que l’oxygène ou l’azote.

L’adénine possède un atome d’hydrogène proche d’un oxygène dans la thymine. Et la thymine a un hydrogène proche d’un azote dans l’adénine. Cela conduit à la formation de deux liaisons hydrogène.

L’adénine ne peut pas former de liaisons hydrogène avec la cytosine, car la cytosine a un atome d’hydrogène là où serait l’atome d’oxygène sur la thymine. Et l’atome d’hydrogène présent dans la thymine est absent de la cytosine. Un phénomène semblable se produit dans la paire de base guanine-cytosine où un oxygène dans la guanine et un oxygène et un azote dans la cytosine sont chacun positionnés vers un hydrogène, conduisant à la formation de trois liaisons hydrogène, ce qui ne se produit pas dans l’appariement guanine-thymine.

La grande spécificité de l’appariement des bases, avec l’aide des enzymes de réplication de l’ADN, explique pourquoi l’adénine se couple toujours avec la thymine et la guanine se lie toujours avec la cytosine.

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Tags

ADN acide désoxyribonucléique bases azotées appariement de bases complémentaires adénine thymine guanine cytosine structure en double hélice liaisons hydrogène