Warum ist der äußere Kreis der menschlichen mitochondrialen DNA „schwer“, während der innere Kreis „leicht“ ist?

Der schwere Strang ist buchstäblich schwerer als der leichte Strang. Die erste, oder zumindest eine der ersten, Beobachtungen dieses Phänomens war in diesem Artikel:

Corneo G, Zardi L, Polli E. 1968. Menschliche mitochondriale DNA. J. Mol. Biol. 36(3): 419–423.

Sie zeigten, dass sich alkalisch denaturierte mitochondriale DNA bei Ultrazentrifugation in einem Cäsiumchlorid-Gradienten in zwei Banden trennt:

Menschliche mitochondriale DNA spaltet sich beim Zentrifugieren in alkalischem CsCl in der analytischen Ultrazentrifuge in zwei Banden auf, die Dichten von 1,727 g/cm ³ bzw. 1,766 g/cm ³ aufweisen . Die beiden im alkalischen Gradienten erscheinenden Banden entsprechen den komplementären Strängen menschlicher mitochondrialer DNA mit einem unterschiedlichen GT/CA-Verhältnis... Wenn jedoch eine äquimolare Mischung davon durch fünfstündiges Erhitzen auf 65 °C in 2X SSC renaturiert wird, man erhält eine einzelne Bande mit einer Dichte, die derjenigen der nativen DNA sehr nahe kommt. Das letztere Experiment zeigt deutlich, dass die beiden Banden den komplementären Strängen entsprechen, die eine Abweichung in der Basenzusammensetzung aufweisen.

Der Unterschied in der Molmasse (M) ist auf einen höheren Puringehalt (Pu) im schweren Strang (der schwerer als Pyrimidine ist) zurückzuführen. Dies ist ersichtlich, indem die Basenzusammensetzung der RefSeq-Sequenz menschlicher mitochondrialer DNA tabelliert wird :

               A      T      G      C      Pu(%)   M(kDa)
Light Strand   5124   4094   2169   5181   44      5063
Heavy Strand   4094   5124   5181   2169   56      5174

R-Skript, falls es jemanden interessiert:

#uses Biostrings
light = readDNAStringSet("mtDNA.fasta")
heavy = complement(light)

comp = function(seq) {
  ll = as.list(alphabetFrequency(seq)[1, c("A", "T", "G", "C")])
  ll["%Pu"] = with(ll, (A + G) / (A + T + G + C)) * 100
  ll["M(kDa)"] = with(ll, (A * 313.2) + (T * 304.2) + (G * 329.2) + (C * 289.2) + 79.0) / 1000
  return(ll)
}

comp(light)
comp(heavy)