Warum ist das Verhältnis von Adenin und Thymin in einer DNA-Probe immer 1:1, ebenso bei Cytosin und Guanin?
Im DNA-Doppelstrang sind die innen liegenden Basen paarweise über Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. Dabei sind Adenin (A) und Thymin (T) jeweils wechselseitig über drei Wasserstoffbrücken miteinander verbunden, während es bei Guanin (G) und Cytosin (C) nur zwei Brücken sind. Außerdem passt eine Purinbase (A oder G) immer nur zu einer Pyrimidinbase (T oder C).
Die Doppelhelix wird oft mit einer Strickleiter vergleichen. In diesem Modell sind die Basenpaare die Sprossen und nach dem oben Gesagten sind nur die Sprossen (Basenpaare) AT, TA, CG und GC möglich.
Dies bedeutet aber, dass es immer genau so viele Adenin- wie Thyminmoleküle und genau so viele Guanin- wie Cytosinmoleküle gibt.(*)
Es gilt also für die Anzahl der jeweiligen Moleküle: $$\dfrac{\text{A}}{\text{T}}=\dfrac{\text{C}}{\text{G}}=\dfrac{1}{1}$$Die beiden Purine (A und G) und die beiden Pyrimidine (T und C) dürfen dabei nicht nebeneinander stehen, auch wenn dies im Ergebnis nichts ändert.(**)
(*) Dies hatte Erwin Chargaff bereits 1951 festgestellt, also bevor die molekulare Struktur der Doppelhelix ein paar Jahre später weiter aufgeklärt wurde. Aus A=T und G=C allein folgt natürlich auch schon die in der Frage enthaltene Behauptung.
Warum ist das Verhältnis von Adenin zu Cytosin in verschiedenen DNA-Proben unterschiedlich, entspricht dann aber immer auch dem Verhältnis von Thymin zu Guanin?
Das folgt dann leicht durch Umstellen der Verhältnisgleichung oben: $$\dfrac{\text{A}}{\text{T}}=\dfrac{\text{C}}{\text{G}}\quad\Leftrightarrow\quad\dfrac{\text{A}}{\text{C}}=\dfrac{\text{T}}{\text{G}}$$
