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Modell der doppelsträngigen DNA. Die Nukleotide beider Ketten sind über Wasserstoffbrücken.

Es GC-Inhalt ist ein Merkmal von DNA-Moleküle und gibt den Anteil der Basen an Guanin (G) und Cytosin (C) in der Summe der Basen (Guanin, Cytosin, Adenin und Thymin) in Prozent. Es wird wie folgt berechnet.

${displaystyle {cfrac {G C}{A T G C}} imes 100}$

Der GC-Gehalt kann sich auf ein bestimmtes DNA-Fragment oder auf das Ganze beziehen Genom. Wenn es sich um ein Fragment handelt, kann es sich um den CG-Gehalt eines Teils eines Gens handeln (Domain), und Single Gen, Gruppe von Genen oder sogar von a nicht kodierend Sektion.

Struktur

Guanin und Cytosin sind über drei miteinander verbunden Wasserstoffbrücken, und Adenin und Thymin sind durch zwei Wasserstoffbrücken verknüpft (G≡C versus A=T). Es ist bekannt, dass DNA mit hohem GC-Gehalt stabiler ist als DNA mit niedrigem GC-Gehalt. Die Stabilisierung wird hauptsächlich durch sogenannte Stapelinteraktionen, das zwischen den aromatischen Ringen der heterocyclischen Basen auftritt. Diese Wechselwirkungen sind für gestapelte GC-GC energetisch günstig und für gestapelte AT-AT weniger günstig. Dieser Effekt erklärt weitgehend die höhere Thermostabilität (Hitzebeständigkeit) von DNA mit einem höheren GC-Gehalt.^[1][2]

Die Bildung des ersten Basenpaares basiert auf dem geringen energetischen Gewinn und Verlust von Entropie eher ungünstig, aber die Verlängerung der Helix mit den folgenden Basenpaaren ist aufgrund der Stapelung energetisch günstig. Trotz der höheren Thermostabilität des genetischen Materials können Zellen mit DNA mit hohem GC-Gehalt Autolyse was wiederum die Lebensdauer der Zelle verkürzt.^[3]

Taxonomie

Der GC-Gehalt im Genom wird in der Taxonomie als Merkmal zur Klassifizierung von Organismen verwendet, insbesondere in Bakterien. Die Konzentrationen in den Bakterien reichen von etwa 20 bis fast 80%. Bakterien mit einem hohen GC-Gehalt gehören hauptsächlich zu den Strahlenpilze (Actinobakterien), aber auch die Deltaproteobakterien wie Myxobakterien einen hohen GC-Gehalt haben. Thermophil Organismen haben auch einen hohen GC-Gehalt, der auf die größere Stabilität der GC-Basenpaare zurückzuführen ist. Der GC-Inhalt in einigen Modellorganismen:

Im Vergleich dazu beträgt der GC-Gehalt des menschlichen Genoms 41% (siehe auchzie CpG-Insel).

GC-Gehalt eines DNA-Anteils

Auch der Anteil der Basenpaare GC und AT variiert innerhalb der Genom. AT-reiche, also GC-arme Regionen in einem Genom befinden sich oft an den Stellen, an denen sich die Doppelhelix leicht trennen können soll, zum Beispiel an den Stellen, an denen die Reproduzieren der DNA beginnt. Gibt es auch beim Menschen Chromosomen mit Bereichen mit deutlich von 50% abweichendem GC-Gehalt. Diese Regionen sind normalerweise an der Aufrechterhaltung der räumlichen Struktur der Chromosomen beteiligt.

Außerdem ist der GC-Gehalt in DNA-Teilen, die für ein Gen bestimmt sind kodieren oft höher als die Bereiche mit z. Introns oder regulatorisch Sequenzen. Dieses Merkmal wird verwendet, um nach Genen im zu suchen Reihenfolge eines Genoms. Genomsequenzen bestehen aus Millionen von Basen, zwischen denen die offene Leserahmen muss gefunden werden. Die Suche nach diesen offenen Leserahmen erfolgt mit Computerprogrammen wie GLIMMER (Geiner locator und ichinterpoliert icharkov ichodelähm) Biene Bakterien, Archaeen und Viren.^[4][5]

Wenn ein funktionelles Gen (codogen) gefunden wird, deren GC-Gehalt deutlich von den anderen Genen abweicht, könnte dies die Ursache für eine noch nicht lange her horizontaler Gentransfer oder von einem Gen abgeleitet von a Retrovirus.

Bestimmung des GC-Gehalts

Ist die Sequenz nicht bekannt, kann der GC-Gehalt der DNA mit verschiedenen Methoden experimentell bestimmt werden. Die einfachste Methode ist die Messung der Denaturierungstemperatur (T_ichWert) des DNA-Doppelstrangs mit a Lichtmeter. Die DNA absorbiert ultraviolettes Licht von 260 nm. Der Doppelstrang denaturiert beim Erhitzen in zwei separate Stränge, wodurch die Lichtabsorption um ca. 40% erhöht wird. Dieser Effekt wird Hyperchromie erwähnt.

das T_ichDer Wert ist definiert als die Temperatur, bei der 50 % des Doppelstrangs denaturiert sind. das T_ichWert des DNA-Doppelstrangs ist direkt vom GC-Gehalt abhängig. Je mehr GC-Bindungen ein DNA-Molekül hat, desto höher ist T_ich-Wert. Mit der photometrisch ermittelten Denaturierungstemperatur kann der GC-Gehalt empirisch Formel (Tm [C°] – 69,4 C°) × 2,44 berechnet werden.^[6] Das T_ichWert hängt auch von der Ionenstärke und das DNA-Lösungsmittel. Daher sollte die Denaturierungstemperatur in einem standardisierten Physiologische Kochsalzlösung.

Siehe auch

• Nukleotidsequenz
• Erwin Chargaff