6.3:

6.3: Pareamento de Bases do DNA

DNA Base Pairing

JoVE Core
Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

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

O DNA assemelha-se a uma escada torcida, e os degraus da escada de DNA são pares complementares de bases nitrogenadas. De acordo com as regras de pareamento base, adenina aparecendo pares com timina, uma pirimidina, com duas ligações de hidrogênio. E a guanina, uma purina, pareiam com a citosina, uma pirimidina, com três ligações do hidrogénio.

Mas por que as purinas combinam sempre com a pirimidina? Devido a restrições esteáricas, isto é, restrições espaciais, impostas pela espinha dorsal do fosfato de açúcar do DNA, apenas um espaço 10.85 angström 00:00:43.250 00:00:47.240 está disponível para os pares base em DNA duplo. As purinas têm uma estrutura de anel duplo.

Portanto, duas purinas juntas serão demasiado grande para caber neste espaço. Por outro lado, se juntarmos duas pirimidinas, que contêm apenas um único anel, a distância entre eles será muito grande para formar ligações de hidrogénio, que têm 00:01:04.760 00:01:07.220 aproximadamente 2 angström de comprimento. No entanto, se emparelharmos uma purina e uma piridina juntas, elas se encaixam perfeitamente dentro da hélice do DNA e estão perto o suficiente para formar ligações de hidrogénio.

As ligações do hidrogénio podem se formar quando um átomo do hidrogénio é aproximadamente 2 angströms afastado de um átomo eletronegativo, tal como oxigênio ou nitrogênio. a adenina tem um átomo de hidrogénio perto de um oxigénio em timina. E a timina tem um hidrogénio próximo a um nitrogénio na adenina.

Isso leva à formação de duas ligações de hidrogénio. A adenina não pode formar ligações de hidrogénio com a citosina, porque a citosina tem um átomo de hidrogénio onde o oxigénio e a timina seriam. E o átomo de hidrogênio que está presente na timina está ausente no citosina.

Um fenômeno similar ocorre no par da base guanina-citosina onde um oxigénio na guanina e um oxigénio e um nitrogênio na citosina são posicionados cada através de 00:02:03.870 00:02:07.560 de um hidrogénio, levando à formação de três ligações 00:02:07.560 00:02:12.690 de hidrogénio, o que não acontece no emparelhamento entre a base de guanina e timina. A especificidade elevada do pareamento da base, junto com a ajuda de enzimas de replicação do DNA, é porque a adenina sempre emparelha com timina e guanina sempre emparelha com citosina.

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DNA Ácido Desoxirribonucléico Bases Nitrogenadas Emparelhamento de Bases Complementares Adenina Timina Guanina Citosina Estrutura de Hélice Dupla Ligações de Hidrogênio