זוג בסיסים

זוג בסיסים (אנגלית: Base pair, ראשי תיבות: bp) הוא יחידת מידה המשמשת בביולוגיה מולקולרית למדידת אורך של DNA. יחידה מידה זו מנצלת את אופיו של סליל ה-DNA היוצר זיווג בסיסים.

ה-DNA מורכב מארבע תת-יחידות אוניברסליות של בסיסים חנקניים (נוקלאוטידים). כל אחד מבסיסים אלה יוצר קשר מימן אך ורק עם בסיס אחד אחר, ולא עם זולתו. לכן, מתקבלים שני זוגות בסיסים אפשריים בלבד (ראו איור): גואנין (G) ו-ציטוזין (C) מהווים זוג אחד היוצר שלושה קשרי מימן, ואדנין (A) ו-תימין (T) מהווים זוג שני היוצר שני קשרי מימן (ב-RNA התימין מוחלף באורציל (U)). חיבורם של זוגות הבסיסים לאורך השלד הפוספודיאסטרי יוצר את מבנה הסליל הכפול המפורסם של ה-DNA, ונקרא זיווג ווטסון-קריק על שם החוקרים אשר גילו מבנה זה. ה-RNA יוצר גם כן זיווג בסיסים, אך מכיוון שמדובר במולקולה חד-גדילית היא מתקפלת על עצמה ויוצרת מבנים שניוניים שונים, כגון tRNA, גזע ולולאה (stem and loop).

 זיווג בסיסים 
282px
282px
למעלה, זוג בסיסי GC עם שלושה קשרי מימן ביניהם. למטה, זוג בסיסי AT עם שני קשרי מימן ביניהם.
קשרי המימן אינם קוולנטיים והם מוצגים כקווים מקווקווים.

 קשרי מימן ויציבות 
קשר מימן הוא קשר כימי המאפשר את זיווג הבסיסים. עקב התכונות הגאומטריות של הבסיסים, רק סוג אחד של קשר יציב ייווצר - קשר בין פורין לפירימדין. אדנין וגואנין שייכים לקבוצת תרכובות הנקראת פורינים ומכילות שתי טבעות ארומטיות הטרוציקליות, ואילו תימין וציטוזין שייכים לקבוצת תרכובות בשם פירימידינים המכילות טבעת ארומטית הטרוציקלית אחת. קשר בין שני פורינים לא מועדף בגלל שאינו יעיל, עקב המרחק הפיזי המקשה על קשרי המימן להיווצר, ואילו קשר בין שני פירמדינים לא מועדף בגלל שהקרבה ביניהם דורשת אנרגיה גבוהה. יוצא מכך שהזוגות המועדפים הם GC, AT ו-AU (ב-RNA). קישור בין A ל-G, G ל-T ו-U ל-G (ב-RNA) נקרא התמרה (mismatch mutation), מכיוון שתבנית קשרי המימן אינה מתאימה.

מולקולות DNA הנמצאות בזיווג בסיסים יציבות בטמפרטורת החדר. מעל טמפרטורה מסוימת הגדילים ייפרדו זה מזה, וקשרי המימן יתפרקו. טמפרטורה זו תלויה בנוקליאוטידים המרכיבים את הרצף ובאורכו. ככל שישנם יותר קשרי GC, מולקולת ה-DNA תהיה יציבה יותר, מכיוון שישנם שלושה קשרי מימן מעורבים, לעומת שניים בזיווג AT, ולפיכך תידרש טמפרטורה גבוהה יותר כדי להפריד בין הגדילים. ליצורים אשר חיים בטמפרטורות גבוהות יש גנום עשיר ב-GC. לעומת זאת, אזורים שהתא צריך להפריד באופן תכוף, כמו גנים המשועתקים ברמה גבוהה, הם עניים בקשר GC. תכונה זאת חשובה בעת יצירת פריימרים לריאקציית PCR.

 זיווג בסיסים ב-DNA 
זיווג הבסיסים מאפשר למולקולת ה-DNA לשמור על מבנה של סליל. בנוסף תכונה זו מאפשרת להשלים רצף של גדיל אחד, בהינתן הגדיל השני. דבר זה מנוצל על ידי מערכת השעתוק של התא. בנוסף, החוזרניות של המידע הגנטי יוצרת גיבוי של המידע, דבר שיכול לסייע למערכות התאיות בתיקון נזקי DNA. חלבונים רבים יודעים לזהות רצף קצר של זוגות בסיסים וכך להוביל לתגובות ספציפיות.

זיווג בסיסים נכתב בצורה כזאת:
3'GCGATCTCGAGTTAGCT A 5'5'CGCTAGAGCTCAATCGAT3'
הקו האנכי מסמל זיווג בסיסים מושלם. במידה וישנה מוטציה מסוג התמרה, ולא מתקיים זיווג בסיסים מושלם, לא מציגים קו אנכי.

 זיווג בסיסים ב-RNA 
כאשר גדיל של RNA מיוצר מול גדיל ה-DNA במהלך התעתוק, אורציל (U) מחליף את התימין ביצירת צמד בסיסים עם אדנין (A) שב-DNA. ה-RNA הוא חד גדילי, אך גם בו יכול להיווצר באזורים בתוכו זיווג בסיסים הקובע את המבנה השניוני שלו.

זיווג בסיסים נכתב בצורה כזאת:
...GCGAUCUCGAGUUAGCU A 5'...CGCUAGAGCUCAAUCGAU3'
הקו האנכי מסמל זיווג בסיסים מושלם. במידה וישנה מוטציה מסוג התמרה, ולא מתקיים זיווג בסיסים מושלם, לא מציגים קו אנכי. בשונה מה-DNA, ה-RNA הוא מולקולה חד גדילית המתקפלת על עצמה, כך שישנה כיווניות אחת לגדיל. הנקודות מסמלות שישנו המשך ל-RNA שבו אין זיווג בסיסים.

 אנלוגים של בסיסים 
זיווג בסיסים לא תקין עלול להתרחש עקב הימצאותו של אנלוג לנוקליאוטיד. דבר זה יוביל למוטציה נקודתית במהלך שיעתוק או שכפול. לדוגמה, אנלוג של תימין, 5-ברומואורציל, יוצר זיווג בסיסים עם גואנין במצב אנול.

 יחידת מידה 
אורך של מולקולת דו גדיליות נמדד בזוגות בסיסים. קיצורים מקובלים ליחידות:
קיצורשם מלא אורךbpBase pair 1KbpKilo base pairs1,000MbpMega base pairs 1,000,000Gbp Giga base pairs 1,000,000,000
מולקולות חד גדיליות נמדדות באורך של נוקליאוטידים.

על מנת למדוד מרחק על גבי כרומוזומים, נהוג להשתמש גם ביחידות סנטימורגן. הגודל היחסי של יחידת סנטימורגן אינו קבוע. באדם מדובר על יחס של כמיליון זוגות בסיסים לסנטימורגן אחד.

 ראו גם 
 DNA
 RNA

קישורים חיצוניים


 DAN - webserver version of the EMBOSS tool for calculating melting temperatures

הערות שוליים

קטגוריה:גנטיקה
קטגוריה:DNA