Basenpaar

Strukturformel eines AT-Basenpaars mit zwei gestrichelt blau gezeichneten Wasserstoffbrückenbindungen.

Strukturformel eines GC-Basenpaars mit drei gestrichelt blau gezeichneten Wasserstoffbrückenbindungen.

Als Basenpaar bezeichnet man im Doppelstrang einer DNA oder RNA zwei gegenüberliegende Nukleobasen, die zueinander komplementär sind und durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden.

Während die Länge einzelsträngiger RNA mit der Zahl an Nukleotiden (nt) oder Basen (b) gegeben ist, wird die Größe von doppelsträngigen DNA-Abschnitten meist in Basenpaaren angegeben, abgekürzt bp,

1 kb = eine Kilobase (1000 Nukleotide)
1 bp = ein Basenpaar
1 kbp oder kb = 1000 Basenpaare (Kilo-Basenpaare)
1 Mbp oder Mb = 1.000.000 Basenpaare (Mega-Basenpaare)

Die Anzahl der Basenpaare ist auch ein wichtiges Maß für den Umfang an Information, die in einem Gen gespeichert ist. Da jedes Basenpaar eine Wahl aus 4 möglichen Formen darstellt, entspricht 1 bp dem Informationsgehalt von 2 bit, dem Doppelten eines Bits im Binärcode.

Bedeutung der Basenpaare

Die Basenpaarung spielt eine wesentliche Rolle für die DNA-Replikation, für die Transkription und Translation im Zuge der Proteinbiosynthese sowie für vielfältige Ausgestaltungen der Tertiärstruktur von Nukleinsäuren.

Replikation: Die neuen Nukleotid-Stränge erhalten durch die Basenpaarung die komplementäre Basensequenz zu den beiden Vorlagensträngen.
Transkription: Die mRNA, tRNA und rRNA erhält durch die Basenpaarung die zum codogenen Strang der DNA komplementäre Basensequenz, wobei A mit U gepaart wird.
Die drei Basen des Anticodons der tRNAs paaren sich mit den komplementären Basentriplett der mRNA. Dadurch entsteht die von der DNA codierte Aminosäuresequenz der Eiweiße. Hier treten auch die Wobble-Paarungen bei der Paarung der 3. Base eines Codons der mRNA mit der 1. Base der tRNA auf.

Paarungsregeln

Grundsätzlich bilden immer jeweils genau eine Purinbase (Guanin oder Adenin) mit einer Pyrimidinbase (Cytosin oder Thymin bzw. Uracil) ein Basenpaar.

Daraus ergeben sich folgende Paarungen:

DNA

A-T (Adenin und Thymin)
G-C (Guanin und Cytosin)

RNA

A-U (Adenin und Uracil)
G-C (Guanin und Cytosin)

Watson-Crick-Paarungen

Ausschnitt einer DNA-Helix mit eingezeichneten AT bzw. GC Basenpaare.

Bereits 1949 stellte der österreichische Biochemiker Erwin Chargaff mit den Chargaff-Regeln fest, dass in der DNA die Anzahl der Basen Adenin (A) und Thymin (T) stets im Verhältnis 1 : 1 vorliegt, ebenso beträgt das Verhältnis der Basen Guanin (G) und Cytosin (C) 1 : 1. Dagegen variiert das Mengenverhältnis A : G beziehungsweise C : T stark (Chargaff´sche Regeln).

Daraus schlossen James D. Watson und Francis Harry Compton Crick, dass A-T und G-C jeweils komplementäre Basenpaare bilden.

In der tRNA und rRNA treten ebenfalls Basenpaarungen auf, wenn der Nukleotid-Strang Schleifen bildet und sich dadurch komplementäre Basensequenzen gegenüberstehen. Da in der RNA statt Thymin nur Uracil eingebaut wird, sind die Paarungen A-U und G-C.

Ungewöhnliche Paarungen

Ungewöhnliche Paarungen treten vor allem in tRNAs und in Tripelhelices auf. Sie folgen zwar dem Watson-Crick-Schema, bilden aber andere Wasserstoffbrückenbindungen aus: Beispiele sind Reverse-Watson-Crick-Paarungen, Hoogsteen-Paarungen (benannt nach Karst Hoogsteen, geboren 1923) und Reverse-Hoogsteen-Paarungen

reverse G-C Paarung	reverse A-U Paarung
A-U Hoogsteen-Paarung	reverse A-U Hoogsteen-Paarung

Wobble-Paarungen

Die Bezeichnung bezieht sich auf die Wobble-Hypothese von Francis Crick (1966). Wobble-Paarungen sind die Nicht-Watson-Crick-Paarungen G-U oder G-T und A-C: