Die Formel
GC-Gehalt (%) = (G + C) ÷ (A + T + G + C) × 100
Gezählt werden nur A, C, G und T; mehrdeutige Basen wie N bleiben aus beiden Zahlen heraus. Die Sequenz ATGCGCTAAGCC hat 12 Basen, davon 7 G oder C, also ist ihr GC-Gehalt 7 ÷ 12 = 58 %. Beide Stränge haben denselben GC-Gehalt, weil jedes G mit einem C paart.
Warum GC wichtig ist
- Stabilität: G-C-Paare haben drei Wasserstoffbrücken und stapeln stärker als A-T-Paare, daher schmilzt GC-reiche DNA bei höherer Temperatur.
- Primer: 40 bis 60 % GC und eine Schmelztemperatur von 55 bis 65 °C anstreben. Ein G oder C am 3'-Ende (GC-Klammer) hilft dem Primer beim Binden, mehr als drei in den letzten fünf Basen führen aber zu Fehlbindung.
- PCR: Matrizen über etwa 65 % GC bilden Sekundärstrukturen und brauchen Zusätze (DMSO, Betain) oder eine höhere Denaturierungstemperatur.
- Sequenzierung und Klonierung: Sehr hoher oder sehr niedriger GC-Gehalt ergibt ungleichmäßige Abdeckung und schwierigere Assemblierung.
Typische Werte
- Menschliches Genom: insgesamt 41 %, je nach Region 35 % bis über 60 %.
- E. coli: 51 %. Saccharomyces cerevisiae: 38 %.
- Plasmodium falciparum: 19 %, einer der niedrigsten bekannten Werte.
- Streptomyces und andere Actinomyceten: über 70 %.
GC-Skew
Der GC-Skew, (G − C) ÷ (G + C) in einem gleitenden Fenster, misst, welcher Strang mehr G hat. In Bakteriengenomen wechselt er am Replikationsursprung und am Terminus das Vorzeichen, ein Skew-Diagramm lokalisiert also den Ursprung.
Werkzeuge
DNA-Statistik liefert GC-Gehalt, Basenzahlen und Schmelztemperatur jeder Sequenz, für einen Eintrag oder eine ganze FASTA-Datei. Der Primer-Tm-Rechner prüft GC und Tm von Primern, und der CpG-Insel-Finder durchsucht GC-reiche Regionen nach CpG-Inseln.