Baz çifti

Moleküler biyolojide bir baz çifti, birbirine ters doğrultuda iki DNA veya RNA zinciri üzerinde bulunan, biribirine hidrojen bağları ile bağlanmış iki nükleobazdır. Standart Watson-Crick baz eşleşmesinde (veya baz çiftleşmesinde), adenin (A), timin (T) ile, guanin de sitozin ile bir baz çifti oluşturur. RNA içinde olan baz çiftlerinde timin'in yerini urasil (U) alır. Watson-Crick tipi olmayan ve alternatif hidrojen bağlarıyla meydana gelmiş baz çiftleri de oluşabilir, özellikle RNA'da; bunlara Hoogsteen baz çiftlerinde de rastlanır.
Baz eşleşmesi moleküler biyolojideki pek çok temel süreçte önemli bir yer tutar. DNA ikileşmesi sırasında bir DNA ipliğindeki baz dizisinin kullanılarak öbürünün sentezlenmesi, transkripsiyonda da bir DNA ipliğinden bir RNA molekülünün sentezlenmesi, baz eşleşmesi sayesinde olur. Baz eşleşmesi, protein çevrimi (translasyon) sırasında mesajcı RNA molekülündeki kodonların taşıyıcı RNA'daki antikodon tarafından tanınmasının da mekanizmasıdır. Bazı DNA veya RNA bağlanma enzimleri belli baz çiftlerini tanıyarak belli gen düzenleme bölgelerine bağlanabilirler.
Bir genin büyüklüğü veya bir canlı genomunun büyüklüğü çoğu zaman baz çifti olarak ifade edilir, çünkü DNA genelde çift ipliklidir. Dolayısıyla, toplam baz çifti sayısı, bir iplikte bulunan nükleotit sayısına eşittir (bunun istisnası, telomerlerde bulunan tek iplikli bölgelerdir). Haploit insan genomunun (23 kromozom) büyüklüğü yaklaşık 3 milyar baz çiftidir ve 20-25.000 protein geni içerdiği tahmin edilmektedir.
Örnekler
Aşağıdaki DNA dizileri baz eşleşme biçimlerini gösterir. Konvansiyon gereği üst satırdaki dizi 5' ucundan 3' ucuna doğru yazılmıştır; alttaki de dolayısıyla 3' - 5' doğrultusundadır.
Baz eşleşmeli bir DNA dizisi:
ATCGAT
TAGCTA
Yukardakine karşılık baz eşlemeli RNA dizisi, timinin yerini urasil almıştır:
AUCGAU
UAGCUA
Uzunluk ölçümü
Aşağıdaki kısaltmalar DNA ve RNA moleküllerinin uzunluklarını belirtmek için yaygın olarak kullanılır:
bç = baz çifti
kb (= kbç) = kilo baz çifti = 1.000 bç
Mb = mega baz çifti = 1.000.000 bç
Gb = giga baz çifti = 1.000.000.000 bç
Tek iplikli DNA veya RNA durumunda uzunluk birimi olarak baz çifti yerine nükleotit kullanılır (kısaltması nt, veya knt, Mnt, Gnt), çünkü eşleşme yoktur. Bilgisayar bilgi depolama kapasite birimi olan bayt ile baz çiftini ayırt etme gereği varsa kısaltma olarak kbç, Mbç, Gbç vb. kullanılabilir.
Santimorgan birimi bir kromozom üzerindeki uzaklıklar için kullanılır, ama ona karşılık gelen baz birimi sayısı canlıdan canlıya fark eder. İnsan genomunda bir santimorgan yaklaşık 1 milyon baz çiftine karşılık gelir..
Hidrojen bağlanması ve stabilite
Hidrojen bağlanması yukarıda belirtilen baz eşleşme kurallarının altında yatan kimyasal mekanizmadır. Hidrojen bağı alıcıları ve vericilerinin birbirleriyle uygun biçimde ilişkiye girmeleri sayesinde "doğru olan" çiftler oluşur. GC baz çiftinde üç hidrojen bağı vardır, AT'de ise yalnızca iki; bunun sonucu olarak GC çifti daha kararlıdır.
Daha büyük olan nükleobazlar, adenin ve guanin, pürinler olarak adlandırılan çift halkalı moleküller grubunun üyeleridir. Daha küçük olan sitozin, timin ve urasil ise tek halkalı pirimidinler grubunun üyeleridir. DNA'da yalnızca pürinler ve pirimidinlerin birbirine komplementerdir (tümleyicidir). Bazların bağlı olduğu şeker-fosfat zincirleri arasındaki uzaklık yüzünden iki pirimidin arası fazla açıktır ve hidrojen bağı oluşturamazlar, iki pürin ise birbirlerine fazla yakındır. Buna karşın RNA'da (iki hidrojen bağlı) GU eşleşmisine sıkça rastlanır.
Eşleşmiş DNA ve RNA molekülleri oda sıcaklığında göreceli olarak kararlıdır ama ısıtılmaları halinde, iki nükleotid zinciri belli bir ergime sıcaklığının üzerinde birbirlerinden ayrılırlar. Ergime sıcaklığını belirleyen faktörler moleküllerin uzunluğu, ikisi arasındaki hatalı eşleşme oranı (eğer varsa) ve GC oranıdır. Yüksek GC oranı ergime sıcaklığını artırır, bu yüzden aşırı sıcaklıkta büyüyen canlıların (Thermus thermophilus gibi) genomlarında GC oranı özellikle yüksektir. Buna karşın, genomda birbirinden ayrılması gereken bölgeler, örneğin sıkça okunan genlerin promotor bölgeleri, göreceli olarak GC-fakirdir. Polimeraz zincir reaksiyonu tepkimeleri tasarlanırken de GC içeriği ve ergime sıcaklı göz önüne alınır.
Baz istiflenmesi
Bazların aromatik halkalarının pi orbitalleri arasında meydana gelen baz istiflenme etkileşimleri de baz çiftleşmesindeki stabiliteye katkıda bulunur. Yan yana olan iki GC baz çifti arasındaki istiflenme etkileşimleri bu bakımdan diğer baz çiftleri arasındaki istiflenme etkileşimlerinden daha kararlıdır. Baz istiflenme etkileri özellikle RNA ikincil yapı elemanlarının kararlılığında önemli rol oynar. Örneğin RNA firkete yapılarının halka kısımları baz istiflenmesi ile stabilize olur.
Baz analogları ve interkalatörler
Nükleotitlerin kimyasal analogları asıl nükleotitlerin yerini alıp anormal baz çiftleri oluşturabilirler, bunlar DNA ikileşmesinde ve transkripsiyonda hatalara (çoğunlukla nokta mutasyonlarına) yol açabilir. Mutajenik amaçla kullanılan baz analoglarına bir örnek 5-bromourasil'dir; timine benzeyen bu baz, enol halinde guanin ile baz eşleşmesi yapar.
DNA interkalatörleri bir DNA ipliği üzerindeki komşu iki baz arasına girerler, bir baz kadar yer tuttukları için DNA kopyalama mekanizmasının hata yapmasına yol açarlar. İnterkalatörler baz dizisinin o noktasında bir bazın atlanmasına veya fazladan bir bazın eklenmesine neden olarak çerçeve kayması denen mutasyonlara yol açar. Çoğu interkalatörler büyük poliaromatik bileşiklerdir ve muhtemel karsinojendirler. Bunların örnekleri arasında etidyum bromür ve akridin sayılabilir.