DNA-Moleküle bestehen aus zwei Einzelsträngen die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren (Adenin-Thymin und Guanin-Cytosin) miteinander verbunden sind. Bei der Trennung der DNA in Einzelstränge spielt die Stärke der Bindungen zwischen den Basenpaaren eine entscheidende Rolle.
Es wurde früher angenommen, dass die Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren den Unterschied in der Trennungstemperatur zwischen DNA-Molekülen mit hohem Gehalt an Cytosin und Guanin (GC-Gehalt) und solchen mit niedrigem Gehalt (AT-Gehalt) erklärt. Diese Annahme ist jedoch überholt.
Der eigentliche Grund für die höheren Trennungstemperaturen bei einem hohen GC-Gehalt ist die sogenannte "Stapelwechselwirkung". Diese bezieht sich auf die Doppelbindungen zwischen aufeinanderfolgenden Basenpaaren in der DNA. Bei aufeinanderfolgenden Cytosin-Guanin-Basenpaaren sind diese Doppelbindungen stärker ausgeprägt als bei anderen Basenpaarkombinationen.
Die Ladungsverteilung der Basenpaare und die damit verbundene Interaktion mit den umgebenden Basenpaaren sind bei GC-Basenpaaren stärker ausgeprägt. Dadurch werden weiterhin Energie und höhere Temperaturen benötigt um diese Bindungen zu trennen. Bei einem geringen GC-Gehalt sind die Stapelwechselwirkungen schwächer, mittels welchem die Trennungstemperaturen niedriger sind.
Die Stärke der Stapelwechselwirkung ist nicht nur für die Trennung der DNA in Einzelstränge von Bedeutung, allerdings beeinflusst ebenfalls andere Prozesse wie die DNA-Replikation und die Bindung von Proteinen an die DNA.
Insgesamt lässt sich also feststellen, dass sich ein DNA-Molekül mit einem hohen Gehalt an den Basen Cytosin und Guanin erst bei höheren Temperaturen in Einzelstränge trennt, da die Stapelwechselwirkungen zwischen den aufeinanderfolgenden GC-Basenpaaren stärker sind und mehr Energie benötigen um getrennt zu werden.
Trennung von DNA-Molekülen bei hohem Gehalt an den Basen Cytosin und Guanin
Warum trennt sich ein DNA-Molekül mit einem hohen Gehalt an den Basen Cytosin und Guanin erst bei höheren Temperaturen in Einzelstränge?