Accoppiamento di basi e riparazione del DNA

Il DNA somiglia ad una scala contorta. E i gradini della scala del DNA sono coppie complementari di basi azotate. Secondo le regole di appaiamento delle basi, l'adenina, una purina, si appaia con la timina, una pirimidina, con due legami idrogeno.

E la guanina, una purina, si appaia con la citosina, una pirimidina, con tre legami idrogeno. Ma perché le purine si appaiano sempre con le pirimidine? A causa dei vincoli sterici, che sono restrizioni spaziali imposte dalla spina dorsale del fosfato di zucchero del DNA, solo uno spazio di 10, 85 angstrom è disponibile per le coppie di basi in una doppia elica del DNA.

Le purine hanno una struttura a doppio anello. Pertanto, due purine insieme saranno troppo grandi per adattarsi a questo spazio. D'altra parte, se mettiamo insieme due pirimidine, che contengono solo un singolo anello, la distanza fra di loro sarà troppo grande per formare legami idrogeno, che sono lunghi circa due angstrom.

Tuttavia, se appaiamo insieme una purina e una pirimidina, quste si adattano perfettamente all'interno dell'elica del DNA e sono abbastanza vicine da formare legami idrogeno. I legami idrogeno possono formarsi quando un atomo di idrogeno si trova a circa due angstrom da un atomo elettronegativo, come ossigeno o azoto. L'adenina ha un atomo di idrogeno vicino ad un ossigeno e una timina.

E la timina ha un idrogeno vicino ad un azoto e un'adenina. Pertanto questo porta alla formazione di due legami idrogeno. L'adenina non può formare legami idrogeno con la citosina, perché la citosina ha un atomo di idrogeno dove dovrebbero esserci l'ossigeno e la timina.

E l'atomo di idrogeno che è presente nella timina è assente nella citosina. Un fenomeno simile avviene nella coppia di basi guanina-citosina, in cui un ossigeno nella guanina e un ossigeno e un azoto nella citosina sono posizionati ciascuno di fronte ad un idrogeno, portando alla formazione di tre legami idrogeno, che non si verifica nell'appaiamento delle basi guanina-timina. L'elevata specificità dell'appaiamento delle basi, insieme all'aiuto degli enzimi di replicazione del DNA, è il motivo per cui l'adenina si appaia sempre con la timina e la guanina si appaia sempre con la citosina.