GC-Gehalt

Der GC-Gehalt definiert sich als prozentualer Anteil der Nukleotidbasen Guanin und Cytosin an der Gesamtheit der vier Basen (Adenin, Thymin, Guanin, Cytosin) der DNA eines Organismus.

Im doppelsträngigen DNA-Molekül paaren Guaninbasen (G) und Cytosinbasen (C) mit drei Wasserstoffbrücken sowie Adeninbasen (A) und Thyminbasen (T) mit zwei Wasserstoffbrücken. Die Verhältnisse G:C und A:T sind also jeweils 1:1. Der GC-Gehalt kann bei bekannter Gen- bzw. Basensequenz berechnet werden:

• (G+C)/(A+T+G+C) · 100 = GC-Gehalt in %

Eine weitere Methode wendet die Schmelzpunktbestimmung der DNA an. Unter Schmelzen wird hierbei die Denaturierung des DNA-Doppelstrangs verstanden. Dabei werden durch schrittweises Zuführen von Wärmeenergie Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb des DNA-Moleküls gelöst und der DNA-Doppelstrang zerfällt in Einzelstänge. Die Temperatur, die zur Denaturierung bzw. zum Schmelzen benötigt wird, steigt mit höherem GC-Gehalt (GC-Basenpaarung ist stabiler als AT-Basenpaarung). Die Bestimmung der Schmelztemperatur erfolgt photometrisch (Strahlungsabsorption von UV-Licht, Wellenlänge 260 nm). Die Absorption einzelsträngiger DNA ist höher als die von doppelsträngiger DNA, somit steigt die Absorption während des Schmelzens. Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der die Hälfte der DNA der Probe als Einzelstrang vorliegt. Das heißt, die definierte Schmelztemperatur ist mit der halbmaximalen Strahlungsabsorption erreicht.

Der GC-Gehalt variiert zwischen den Arten verschiedener Taxa zum Teil stark. Besonders bei prokaryotischen Organismen ist die Spanne groß.

• Prokaryoten
  • Bakterien (Bacteria): 20 bis 78 %
  • Archaeabakterien (Archaea): 26 bis 61 %
• Eukaryoten
  • Tiere: 35 bis 43 %
  • Pflanzen: 33-48 %
  • Chitinpilze: 21-60 %
  • Algen: 36-68 %
  • einzellige Eukaryoten (Protisten): 21-66 %

Der GC-Gehalt einer bestimmten Art ist definiert, innerhalb einer Art gibt es nur minimale Abweichungen. Auch innerhalb einer Gattung ist der GC-Gehalt der nah verwandten Arten zumeist ähnlich. Daher wird die Bestimmung des GC-Gehalts als molekularbiologische Methode bei der Identifikation von Organismen (v.a. Bakterien und andere Mikroorganismen) angewandt. Allerdings ist der GC-Gehalt nicht artspezifisch. Das heißt, dass auch bei Arten, die nicht oder nur entfernt miteinander verwandt sind gegebenenfalls ein gleicher GC-Gehalt ermittelt werden kann.

• Munk (Hrsg.): Taschenlehrbuch Biologie: Mikrobiologie, Georg Thieme Verlag, 2008.