DNA Baz Eşleşmesi Hesaplama: Tamamlayıcı Zincir, Yüzde ve Hidrojen Bağı

A-T ve G-C baz eşleşme kuralları

DNA’daki dört baz adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozindir (C). Karşılıklı iki zincirde A yalnızca T ile, G ise yalnızca C ile eşleşir. Bu eşleşme, bir zincirdeki bazın karşı zincirde hangi bazın bulunacağını belirler. Bazlar iki zincirin iç kısmında karşı karşıya gelir ve hidrojen bağlarıyla birbirine tutunur. Böylece DNA’nın iki zinciri rastgele değil, belirli bir tamamlayıcılık kuralına göre eşleşir. DNA çift zincir yapısında baz çiftlerinin nasıl düzenlendiği, bu hesaplamaların yapısal temelini oluşturur.

Bir dizide A sayısı 8 ise karşı zincirde bunun karşılığı T sayısı 8 olur. Aynı şekilde G sayısı 5 ise karşı zincirde C sayısı 5 bulunur. Örneğin bir zincirin dizisi A-G-T-C-A ise tamamlayıcı zincirdeki bazlar T-C-A-G-T olur. Burada ilk A’nın karşısına T, G’nin karşısına C, T’nin karşısına A ve C’nin karşısına G yazılmıştır. Bu işlemde bazın kendisi değil, karşılık gelen eş baz kullanılır.

Eşleşme kuralı, hidrojen bağı hesabını da belirler: her A-T çifti 2, her G-C çifti 3 hidrojen bağı oluşturur. Örneğin 4 A-T ve 3 G-C çifti varsa toplam hidrojen bağı 4 × 2 + 3 × 3 = 17 olur. DNA replikasyonunda bu eşleşme kuralının nasıl kullanıldığı ise başka bir konudur.

Tek zincirden tamamlayıcı zincirin bulunması

Tek zincir verildiğinde tamamlayıcı zinciri bulmak için zincirdeki her bazın karşısına eş baz yazılır: A’nın karşısına T, T’nin karşısına A, G’nin karşısına C, C’nin karşısına G. İşlem soldan sağa yapılabilir; önemli olan her konumdaki bazın karşılığını doğru yerleştirmektir. Böylece iki zincirin aynı uzunlukta olması ve her konumda tamamlayıcı bazların bulunması sağlanır.

Örneğin verilen zincir 5’-A C G T T A C-3’ olsun. Karşılık gelen bazlar sırasıyla T G C A A T G olur. Buna göre tamamlayıcı zincir 3’-T-G-C-A-A-T-G-5’ biçimindedir. Yön bilgisi soruda özellikle istenmiyorsa temel hesaplama için bazların bu karşılık sırası yeterlidir; yönlü gösterimde zincirler birbirine zıt yönlü kabul edilir.

Başka bir örnekte tek zincirde A = 12, T = 7, G = 9 ve C = 4 olsun. Tamamlayıcı zincirde T = 12, A = 7, C = 9 ve G = 4 bulunur. Bu sonuç, tek zincirdeki her bazın karşı zincirde eşit sayıda karşılık oluşturduğunu gösterir. Yalnızca tamamlayıcı zinciri yazmak isteniyorsa sayıları değil, verilen dizideki her bazın eşini sırayla yazmak gerekir.

Toplam nükleotit ile baz çifti ayrımı

Nükleotit, bir baz, bir şeker ve fosfat grubundan oluşan DNA yapı birimidir. Çift zincirli DNA’da her baz çifti iki nükleotitten meydana gelir: bir nükleotit bir zincirde, tamamlayıcı nükleotit karşı zincirdedir. Bu nedenle toplam nükleotit sayısı ile baz çifti sayısı aynı değildir. Çift zincirli bir DNA için toplam nükleotit sayısı 2 × baz çifti sayısına, baz çifti sayısı ise toplam nükleotit sayısının yarısına eşittir.

Örneğin bir DNA molekülünde toplam 600 nükleotit varsa 600 ÷ 2 = 300 baz çifti vardır. Bu 300 baz çiftinin her biri ya A-T ya da G-C türündedir. Tersine, 240 baz çifti verilmişse DNA’nın iki zincirinde toplam 240 × 2 = 480 nükleotit bulunur. Ancak “tek zincirde 600 nükleotit” deniyorsa bu sayı yalnızca bir zincire aittir; karşı zincir de aynı uzunlukta olduğundan toplam nükleotit sayısı 1200 olur. Bu ayrım yapılmadan başlanan hesaplamalarda sonuç genellikle iki kat veya yarı oranında hatalı çıkar.

Baz yüzdelerinden diğer baz sayılarını hesaplama

Çift zincirli DNA’da tamamlayıcı eşleşme nedeniyle A sayısı T sayısına, G sayısı da C sayısına eşittir. Bu ilişki, bir bazın yüzdesi veya sayısı verildiğinde diğer bazları bulmayı sağlar. Önce toplam baz yüzdesinin %100 olduğu ve A ile T’nin birlikte, G ile C’nin birlikte değerlendirilmesi gerektiği yazılır. A ve T’nin toplamı biliniyorsa bu toplam ikiye bölünerek her birinin yüzdesi bulunur; kalan yüzde de G ve C arasında eşit paylaşılır.

Örneğin çift zincirli DNA’da A oranı %30 ise T oranı da %30’dur. G ile C için geriye %40 kalır. Bu iki baz eşit olduğundan G = %20 ve C = %20 olur. Böylece baz dağılımı A %30, T %30, G %20, C %20 şeklindedir.

Toplam nükleotit sayısı 1000 olan aynı DNA örneğinde A sayısı 300 olur. T de 300’dür. G sayısı 1000 × 0,20 = 200 ve C sayısı da 200 bulunur. Eğer A sayısı doğrudan 150 olarak verilmiş ve toplam 500 baz çifti üzerinden çift zincirli DNA sorulmuşsa toplam nükleotit 1000’dir; A’nın oranı 150/1000 = %15, T’nin sayısı 150’dir. G ve C’nin toplamı 700 olduğundan her biri 350 olur.

Bu eşitlik ilişkisi çift zincirli DNA için kullanılır. Yalnızca tek zincirin yüzdeleri verilmişse karşı zincir eklenmeden A-T veya G-C sayılarının eşit olduğu varsayılmaz; çünkü tek zincirdeki dağılım çift zincirin toplam dağılımıyla aynı olmak zorunda değildir. Tamamlayıcı bazlardaki eşitlik ilişkisi, hesaplamalarda kullanılan kısa bir sonuçtur ve ayrı bir konudur.

Hidrojen bağı sayısından baz çiftlerini ve bilinmeyenleri bulma

A-T baz çifti 2 hidrojen bağı, G-C baz çifti ise 3 hidrojen bağı içerir. Bu nedenle toplam hidrojen bağı sayısı, A-T çiftlerinin sayısı ile G-C çiftlerinin sayısının farklı katsayılarla çarpılıp toplanmasıyla bulunur. Soruda baz çifti toplamı da verilmişse iki bilinmeyen için iki denklem kurulabilir.

Kullanılacak gösterim şöyledir: A-T çifti sayısı x, G-C çifti sayısı y olsun. Toplam baz çifti B ise x + y = B olur. Toplam hidrojen bağı H ise 2x + 3y = H yazılır. Bu iki bilgi birlikte kullanılarak bilinmeyen çift sayıları bulunur. Önce ilk denklemden x = B - y yazılıp ikinci denklemde yerine konabilir: 2(B - y) + 3y = H. Buradan y = H - 2B, ardından x = B - y elde edilir.

Örneğin toplam 100 baz çifti bulunan bir DNA’da 250 hidrojen bağı olsun. Denklemler x + y = 100 ve 2x + 3y = 250’dir. İlk denklemden x = 100 - y yazılır: 2(100 - y) + 3y = 250. Buradan 200 + y = 250 ve y = 50 bulunur. G-C çifti sayısı 50’dir. x = 100 - 50 olduğundan A-T çifti sayısı da 50’dir.

Baz çifti toplamı verilmemiş, ancak toplam nükleotit sayısı verilmişse önce baz çifti sayısı bulunur. Örneğin toplam 800 nükleotit ve 1000 hidrojen bağı varsa baz çifti sayısı 800 ÷ 2 = 400’dür. A-T çifti x, G-C çifti y olmak üzere x + y = 400 ve 2x + 3y = 1000 yazılır. x = 400 - y olduğunda 800 - 2y + 3y = 1000, yani y = 200 bulunur. Böylece 200 G-C ve 200 A-T çifti vardır. Bir A-T çiftinin 2, bir G-C çiftinin 3 hidrojen bağı oluşturması, bu tür sorularda katsayıların neden farklı olduğunu açıklar.