В молекулярной биологии, GC-состав (или гуанин-цитозин состав, ГЦ-состав)[1] определяется как процентный состав суммы всех гуанинов (G) и цитозинов (C) по отношению к длине исследуемого участка нуклеиновых кислот. GC-состав может относиться к определенному фрагменту или участку ДНК или РНК молекул, или же к последовательности всего генома или хромосомы, а также к кольцевым молекулам ДНК: как хлоропластная, митохондриальная и плазмидная; и к коротким ДНК и РНК молекулам, как например ПЦР праймер.
Пара GC имеет три водородные связи, тогда как аденина (A) — тимина (T) пара связана двумя водородными связями. ДНК с высоким GC составом (более 60 %) более стабильна при денатурации в растворе, чем ДНК с низким GC-составом. Кроме водородных связей на стабильность вторичной структуры ДНК и РНК влияют гидрофобные или стэкинг взаимодействия между соседними нуклеотидами, не зависящие от последовательности оснований нуклеиновых кислот[2][3].
В ПЦР, GC состав праймера используется для предсказание температуры плавления праймера и температуру отжига. Высокий GC состав праймера позволяет использовать его при высоких температурах отжига.
Вычисление GC состава
GC состав обычно представляется в процентном отношение (доля G+C или доля GC) для одной из цепи ДНК или РНК. Процентный GC состав вычисляется как[4]
где есть сумма всех гуанинов и цитозинов, тогда как есть длина цепи ДНК или РНК в нуклеотидах: .
можно также представить в виде вырожденного кода как — , тогда
Сравнения смещений в нуклеотидном составе для рамки в 2000 нуклеотидов.
Сравнения смещений в нуклеотидном составе для рамки в 100 нуклеотидов.
Вычисление смещений в нуклеотидном составе
GC состав является частным случаем отклонений (англ. skew) в нуклеотидной последовательности тех или иных нуклеотидных оснований или групп оснований.
- GC состав можно представить как отклонение суммы GC пар по отношению к AT парам:
- где есть сумма всех гуанинов и цитозинов, тогда как сумма всех аденинов и тиминов.
- Отклонение по отношению суммы всех гуанинов к сумме всех цитозинов или наоборот (сдвиг по отношению суммы всех цитозинов к сумме всех гуанинов):
- Данная величина — GC skew, будет положительным значением, если количество гуанина выше количества цитозина, так и отрицательным значением, в противном случае, или равна 0, когда суммы гуанинов G и цитозинов C равны.
- Аналогично, можно вычислить отклонение по отношению суммы всех аденинов к тиминам или наоборот (суммы всех тиминов к аденинам):
- Данная величина — AT skew, будет положительным значением, если количество аденина выше количества тимина, так и отрицательным значением, в противном случае, или равна 0, когда суммы аденинов A и тимина T равны.
- Вычислить отклонение по отношению суммы всех гуанинов и всех цитозинов, по отношению к сумме всех аденинов и тиминам или наоборот (аденинов и тиминов по отношению к сумме всех гуанинов и цитозинов):
- где есть сумма всех всех гуанинов и цитозинов, тогда как есть сумма всех аденинов и тиминов.
- Вычисление общего отклонения всех пуринов к пиримидинам или наоборот (всех пиримидинов ко всем пуринам), в цепи ДНК:
- где есть сумма всех всех гуанинов и аденинов, тогда как есть сумма всех цитозинов и тиминов.
- Вычислить отклонение по отношению суммы всех цитозинов и всех аденинов, по отношению к сумме всех гуанинов и тиминов или наоборот (гуанинов и тиминов по отношению к сумме всех цитозинов и аденинов):
- где есть сумма всех всех цитозинов и аденинов, тогда как есть сумма всех гуанинов и тиминов.
Ссылки
- ↑ Аббревиатура: ГЦ-состав, ЦГ-состав, GC состав, CG состав, GC%, ГЦ%
- ↑ Ponnuswamy P, Gromiha M (1994). «On the conformational stability of oligonucleotide duplexes and tRNA molecules». J Theor Biol 169 (4): 419–32. PMID 7526075.
- Base-stacking and base-pairing contributions into thermal stability of the DNA double helix». Nucleic Acids Res. 34 (2): 564–74. 10.1093/nar/gkj454. PMID 16449200.
- ↑ Madigan,MT. and Martinko JM. Brock biology of microorganisms. — 10th. — Pearson-Prentice Hall, 2003. — ISBN 84-205-3679-2
См. также
- Полимеразная цепная реакция
- Таблица GC состава для бактерий
- GC состав для бактерий на сайте NCBI.
- GC состав для разных видов.