home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Cream of the Crop 3 / Cream of the Crop 3.iso / utility / dea201.zip / NUCLEIC.TXT < prev    next >
Text File  |  1993-12-01  |  5KB  |  101 lines
  1.                  Nucleic acids
  2.              The Basis of All Biologic Life,
  3.                Including Men, Women, and Children
  4.                ----------------------------------
  5.  
  6. The nucleic acids are very long polymers.  The unit or monomer from which
  7. they are built is a substance called a nucleotide.  Each nucleotide consists
  8. of three components:
  9.               1. a molecule of phosphoric acid
  10.               2. one purine, or one pyrimidine base
  11.               3. one pentose sugar
  12.  
  13. Two types of purines are found in nucleotides: adenine and guanine.
  14. Three types of pyrimidines are involved: thymine, cytosine, and uracil.
  15. Two types of sugars occur in nucleotides: deoxyribose and ribose
  16.  
  17. In the structure of the nucleotide, the pentose sugar forms the central unit
  18. with one phosphoric acid unit and one purine or pyrimidine base covalently
  19. linked to carbon atoms of the sugar molecule.  Nucleotide units are joined by
  20. bonds between the alternating phosphate molecule of one nucleotide and the
  21. sugar molecule of the next nucleotide to result in a sugar-to-phosphate-to-
  22. sugar-to-phosphate linkage.  Two (2) specific carbon atoms of the pentose
  23. sugars are solely devoted to this sugar-to-phosphate link; the entire DNA, or
  24. RNA chain from beginning to end, is held together and defined by this main
  25. carbon-to-phosphorus chemical linkage.
  26. Apart from the four (4) carbon atoms defining the cyclic structure of the
  27. pentose sugars, the third carbon atom is solely devoted to the purpose of
  28. bonding to either one type of purine, or one pyrimidine base.  The fourth
  29. carbon atom of deoxyribose or ribose is involved with internal hydrogen
  30. bonding to lend further support and strength to this critical and fragile
  31. structure.
  32.  
  33. Two types of nucleic acids are found in protoplasm:
  34.               deoxyribonucleic acid  (DNA)
  35.               ribonucleic acid       (RNA)
  36.  
  37.  
  38.               Base Constituents and Pairing
  39.               -----------------------------
  40.  
  41. nucleic acid    purines      pyrimidines       base pairing  sugar
  42. ------------    -------      -----------       ------------  -----
  43.    DNA          Adenine      Thymine           G--C          deoxyribose
  44.         Guanine      Cytosine          A--T
  45.  
  46.    RNA          Adenine      Uracil            none          ribose
  47.         Guanine      Cytosine          none
  48.  
  49.  
  50.  
  51.       Computing the number of Nucleic Base Sequence Combinations
  52.       ----------------------------------------------------------
  53.  
  54. We are now interested in examining the total number of possible combinations
  55. of DNA or RNA base sequences given a known polymer length.  In DNA, the
  56. base pairing of purine to pyrimidine is uniform and constant: guanine is
  57. always paired (hydrogen bonded) with cytosine and Adenine with Thymine, while
  58. in RNA there is no pairing to worry about.  Therefore, we can do away with
  59. the DNA pairing as we can infer this.
  60.  
  61. If we have one nucleotide whose pentose sugar is deoxyribose, then we know
  62. that deoxyribose can have four (4) different possible bases bonded to that
  63. specific carbon atom, namely Adenine, Guanine, Thymine, or Cytosine.  Thus,
  64. for one nucleotide, there are four (4) possible distinct nucleotide
  65. constructions.  If we have a polymer consisting of two nucleotides, then we
  66. have 4^2 = 16.  Meaning that there are now 16 possible base sequence
  67. arrangements of two (2) phosphorous-sugar-phosphorous-sugar linked
  68. nucleotides.
  69.  
  70. From the DNA bases, we have the following combinations using base name
  71. abbreviations:
  72.  
  73.        AGCT
  74.          A-G, A-C, A-T, A-A
  75.          G-A, G-C, G-T, G-G
  76.          C-A, C-G, C-T, C-C
  77.          T-A, T-G, T-C, T-T
  78.  
  79. Thus, the general formula is computed as: 4 to the exponent known polymer
  80.                                   length
  81.        or
  82.          4^polymer_length
  83.  
  84.        Discovering the actual base sequence permutation for a particular life
  85.        form, is, of course, another matter, but can be done!
  86.  
  87. Observe that with a DNA polymer composed of two nucleotides, there is
  88. redundancy: A-G and G-A are 'identical'.  It would only depend upon which
  89. order the chemist viewed the polymer.  For a life form of this simplicity,
  90. this redundancy is not critical.  However, for longer base sequences, this
  91. redundancy may translate to a specific gene of vital biologic importance; in
  92. long base sequences, any redundancy is critical.  Further, this type of
  93. redundancy cannot be avoided mathematically, or chemically, and it is the
  94. placement of such redundant sequences of variable length which give the
  95. entire DNA or RNA strand its peculiar characteristics from a combinatorial
  96. point of view.  (The combinatorics of the Data Encryption Algorithm are
  97. exactly the same; the DNA model is a perfect analogy to what goes on in the
  98. algorithm.  With the DEA, however, the above general formula is:
  99. 10^one-time-pad size.)
  100.  
  101.