シャルガフの規則

$[\mathrm{A}]$は、DNAの塩基全体に占めるアデニンの割合（%）を表す。$[\mathrm{T}]$はチミン、$[\mathrm{G}]$はグアニン、$[\mathrm{C}]$はシトシンの割合である。まず2本鎖のDNAで計算する。

1. 塩基対ごとにAとT、GとCが1個ずつ入る

   $$[\mathrm{A}]=[\mathrm{T}],[\mathrm{G}]=[\mathrm{C}]$$

2. 4つの割合を足すと100%になる

   $$[\mathrm{A}]+[\mathrm{T}]+[\mathrm{G}]+[\mathrm{C}]=100$$

3. 手順1を代入して2種類にまとめる

   $$2[\mathrm{A}]+2[\mathrm{G}]=100$$

4. 両辺を2で割る

   $$[\mathrm{A}]+[\mathrm{G}]=50$$

5. $[\mathrm{A}]=30$なら残りが決まる

   $$[\mathrm{T}]=30,[\mathrm{G}]=[\mathrm{C}]=20$$

手順4から、AとGを足すとちょうど半分になると分かる。だから4つの割合のうち1つが分かれば、残り3つは計算で出せる。

では、片方の鎖だけを見るとどうなるのか。上の鎖のA、T、G、Cの個数を$a$、$t$、$g$、$c$とおく。

6. 下の鎖のAは上の鎖のTの向かいにある

   $$(\text{下の鎖のA})=t$$

7. 2本全体のAは上下の和になる

   $$(\text{全体のA})=a+t$$

8. 全体のTも上下の和で同じ式になる

   $$(\text{全体のT})=t+a$$

9. GとCも同じように等しくなる

   $$(\text{全体のG})=g+c=(\text{全体のC})$$

$a$と$t$が等しくなくても、全体のAとTは必ず等しい。規則は鎖1本の性質ではなく、2本を足したときに現れる。

φX174の粒子の中のDNAには相手の鎖がないので、$a$と$t$の差がそのまま残り、TがAより393個も多い。このDNAが1本鎖であることは、ロバート・シンスハイマーが1959年に報告した。

もっとも、長いゲノムでは1本の鎖でも数が近づくことがある。大腸菌K-12の片方の鎖ではAが1,142,742個、Tが1,141,382個で、差は0.12%しかない。これはシャルガフの第2パリティ規則と呼ばれるが、塩基対から導ける規則ではなく、成り立つ理由も研究が続いている。短い1本鎖には当てはまらないので、1本鎖に手順1を使ってはいけない。