GC-состав

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]

$GC%=\cfrac{G+C}{L}\times\ 100$

где $G+C$ есть сумма всех гуанинов и цитозинов, тогда как $L$ есть длина цепи ДНК или РНК в нуклеотидах: $L=A+T+G+C$.

$G+C$ можно также представить в виде вырожденного кода как — $S$, тогда

$GC%=\cfrac{S}{L}\times\ 100$

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:

  $GC =\cfrac{G+C}{A+T}$

  где $G+C$ есть сумма всех гуанинов и цитозинов, тогда как $A+T$ 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):

  $GC skew=\cfrac{G-C}{G+C}$

  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):

  $AT skew=\cfrac{A-T}{A+T}$

  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):

  $SW skew=\cfrac{S-W}{L}$

  где $S$ есть сумма всех всех гуанинов и цитозинов, тогда как $W$ есть сумма всех аденинов и тиминов.

• Вычисление общего отклонения всех пуринов к пиримидинам или наоборот (всех пиримидинов ко всем пуринам), в цепи ДНК:

  $RY skew=\cfrac{R-Y}{L}$

  где $R$ есть сумма всех всех гуанинов и аденинов, тогда как $Y$ 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):

  $MK skew=\cfrac{M-K}{L}$

  где $M$ есть сумма всех всех цитозинов и аденинов, тогда как $K$ есть сумма всех гуанинов и тиминов.

Ссылки

1. ↑ Аббревиатура: ГЦ-состав, ЦГ-состав, GC состав, CG состав, GC%, ГЦ%
2. ↑ Ponnuswamy P, Gromiha M (1994). «On the conformational stability of oligonucleotide duplexes and tRNA molecules». J Theor Biol 169 (4): 419–32. PMID 7526075.
3. ↑ Yakovchuk P, Protozanova E, Frank-Kamenetskii MD (2006). «Base-stacking and base-pairing contributions into thermal stability of the DNA double helix». Nucleic Acids Res. 34 (2): 564–74. DOI:10.1093/nar/gkj454. PMID 16449200.
4. ↑ Madigan,MT. and Martinko JM. Brock biology of microorganisms. — 10th. — Pearson-Prentice Hall, 2003. — ISBN 84-205-3679-2

См. также

1. Полимеразная цепная реакция
2. Таблица GC состава для бактерий
3. GC состав для бактерий на сайте NCBI.
4. GC состав для разных видов.