กฎของชาร์กาฟฟ์ (ที่กำหนดโดยเออร์วิน ชาร์กาฟฟ์ ) ระบุว่าในดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ปริมาณของกัวนีนควรเท่ากับปริมาณของไซโตซีนและปริมาณของอะดีนีนควรเท่ากับปริมาณของไทมีน นอกจากนี้ อัตราส่วน สโตอิคิโอเมตริก 1:1 ของ เบส พิวรีนและไพริมิดีน (เช่นA+G=T+C) ควรมีอยู่เสมอ รูปแบบนี้พบได้ในทั้งสองสายของดีเอ็นเอ กฎเหล่านี้ถูกค้นพบโดยนักเคมีชาวออสเตรียเออร์วิน ชาร์กาฟฟ์^{[ 1 ] [ 2 ]}ในช่วงปลายทศวรรษ 1940

กฎข้อแรกกล่าวว่า โมเลกุลดีเอ็นเอแบบสองสาย จะมีสัดส่วนการจับคู่เบสเท่ากัน โดยรวมคือ A% = T% และ G% = C% การตรวจสอบความถูกต้องอย่างเข้มงวดของกฎนี้เป็นพื้นฐานของการ จับ คู่เบสแบบวัตสัน-คริกในแบบจำลองดีเอ็นเอแบบเกลียวคู่

กฎข้อที่สองระบุว่าทั้ง A% ≈ Τ% และ G% ≈ C% ใช้ได้กับสาย DNA ทั้งสองสาย^{[ 3 ]}ซึ่งอธิบายเฉพาะคุณลักษณะโดยรวมขององค์ประกอบเบสในสาย DNA เส้นเดียวเท่านั้น^{[ 4 ]}

กฎความเท่าเทียมกันข้อที่สองถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2511 ^{[ 3 ]}ระบุว่าในดีเอ็นเอสายเดี่ยว จำนวนหน่วยอะดีนีนจะเท่ากับจำนวนหน่วยไทมีนโดยประมาณ (A% ≈ T%) และจำนวนหน่วยไซโตซีนจะเท่ากับจำนวนหน่วยกัวนีนโดยประมาณ (C% ≈ G%)

ในปี พ.ศ. 2549 พบว่ากฎนี้ใช้ได้กับจีโนมแบบสายคู่ 4 ใน 5 ประเภท^{[ 2 ]} โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้ได้กับ โครโมโซม ของยูคาริ โอต โครโมโซมของ แบคทีเรีย จีโนมไวรัส DNA แบบสายคู่ และโครโมโซมของอาร์เคีย^{[ 5 ]}กฎนี้ใช้ไม่ได้กับจีโนมของออร์แกเนลล์ ( ไมโต คอนเดรียและพลาสติด ) ที่มีขนาดเล็กกว่า ~20–30 kbpและใช้ไม่ได้กับจีโนม DNA แบบสายเดี่ยว (ไวรัส) หรือ จีโนม RNA ทุกประเภท พื้นฐานของกฎนี้ยังอยู่ระหว่างการตรวจสอบ แม้ว่าขนาดของจีโนมอาจมีบทบาทก็ตาม

กฎดังกล่าวมีผลตามมา ในจีโนมของแบคทีเรียส่วนใหญ่ (ซึ่งโดยทั่วไปมีการเข้ารหัส 80–90% ) ยีนจะถูกจัดเรียงในลักษณะที่ลำดับการเข้ารหัสประมาณ 50% อยู่บนสายใดสายหนึ่งWacław Szybalskiในช่วงทศวรรษ 1960 ได้แสดงให้เห็นว่าในลำดับการเข้ารหัส ของแบค ทีริโอเฟจ พิวรีน (A และ G) มีมากกว่าไพริมิดีน (C และ T) ^{[ 6 ]}กฎนี้ได้รับการยืนยันในสิ่งมีชีวิตอื่นๆ แล้ว และน่าจะเรียกว่า " กฎของ Szybalski " แม้ว่ากฎของ Szybalski โดยทั่วไปจะใช้ได้ผล แต่ก็มีข้อยกเว้นอยู่บ้าง^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}พื้นฐานทางชีววิทยาของกฎของ Szybalski ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

ผลรวมของกฎข้อที่สองของชาร์กาฟฟ์และกฎของซีบาลสกีสามารถเห็นได้ในจีโนมของแบคทีเรีย ซึ่งลำดับการเข้ารหัสไม่ได้กระจายอย่างเท่าเทียมกันรหัสพันธุกรรมมี 64 โคดอนโดย 3 โคดอนทำหน้าที่เป็นโคดอนหยุด: โดยปกติจะมีกรดอะมิโน เพียง 20 ชนิดเท่านั้น ที่พบในโปรตีน (มีกรดอะมิโนที่พบได้ไม่บ่อยสองชนิด ได้แก่ ซีลีโนซิสเทอีนและไพโรไลซีนซึ่งพบในโปรตีนจำนวนจำกัดและถูกเข้ารหัสโดยโคดอนหยุดคือ TGA และ TAG ตามลำดับ) ความไม่ตรงกันระหว่างจำนวนโคดอนและกรดอะมิโนทำให้หลายโคดอนสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนตัวเดียวได้ โดยปกติโคดอนเหล่านี้จะแตกต่างกันเฉพาะที่ตำแหน่งเบสที่สามของโคดอนเท่านั้น

การวิเคราะห์ทางสถิติแบบหลายตัวแปรของการใช้โคดอนภายในจีโนมที่มีปริมาณลำดับการเข้ารหัสไม่เท่ากันบนสายทั้งสองสายแสดงให้เห็นว่าการใช้โคดอนในตำแหน่งที่สามขึ้นอยู่กับสายที่ยีนตั้งอยู่ ดูเหมือนว่านี่จะเป็นผลมาจากกฎของ Szybalski และ Chargaff เนื่องจากความไม่สมมาตรในการใช้ไพริมิดีนและพิวรีนในลำดับการเข้ารหัส สายที่มีเนื้อหาการเข้ารหัสมากกว่าจะมีแนวโน้มที่จะมีจำนวนเบสพิวรีนมากกว่า (กฎของ Szybalski) เนื่องจากจำนวนเบสพิวรีนจะเท่ากับจำนวนไพริมิดีนที่เสริมกันภายในสายเดียวกันโดยประมาณ และเนื่องจากลำดับการเข้ารหัสครอบครอง 80–90% ของสาย จึงดูเหมือนว่า (1) มีแรงกดดันในการคัดเลือกต่อเบสที่สามเพื่อลดจำนวนเบสพิวรีนในสายที่มีเนื้อหาการเข้ารหัสมากกว่า และ (2) ว่าแรงกดดันนี้เป็นสัดส่วนกับความไม่ตรงกันในความยาวของลำดับการเข้ารหัสระหว่างสองสาย

สาเหตุของการเบี่ยงเบนจากกฎของ Chargaff ในออร์แกเนลล์นั้นได้รับการเสนอแนะว่าเป็นผลมาจากกลไกการจำลองแบบ^{[ 10 ]}ในระหว่างการจำลองแบบ สาย DNA จะแยกออกจากกัน ใน DNA สายเดี่ยวไซโตซีนจะค่อยๆ สลายตัวเป็นอะดีโนซีน ( การเปลี่ยนจาก C เป็น A ) ยิ่งสายแยกออกจากกันนานเท่าใด ปริมาณการสลายตัวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุผลที่ยังไม่ชัดเจน สาย DNA มักจะคงอยู่ในรูปแบบสายเดี่ยวนานกว่าในไมโทคอนเดรียเมื่อเทียบกับ DNA ในโครโมโซม กระบวนการนี้มีแนวโน้มที่จะให้สายหนึ่งที่อุดมไปด้วยกัวนีน (G) และไทมีน (T) โดยมีสายคู่ที่อุดมไปด้วยไซโตซีน (C) และอะดีโนซีน (A) และกระบวนการนี้อาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบนที่พบในไมโทคอนเดรีย

กฎข้อที่สองของ Chargaff ดูเหมือนจะเป็นผลสืบเนื่องมาจากกฎความเท่าเทียมกันที่ซับซ้อนกว่า: ภายในสาย DNA เดี่ยว โอลิโกนิวคลีโอไทด์ใดๆ ( k-merหรือn-gram ; ความยาว ≤ 10) จะมีจำนวนเท่ากับนิวคลีโอไทด์ที่เสริมกันแบบย้อนกลับ เนื่องจากข้อกำหนดในการคำนวณ จึงยังไม่ได้รับการตรวจสอบในจีโนมทั้งหมดสำหรับโอลิโกนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด แต่ได้รับการตรวจสอบแล้วสำหรับโอลิโกนิวคลีโอไทด์แบบสามตัวสำหรับชุดข้อมูลขนาดใหญ่^{[ 11 ]} Albrecht-Buehler ได้เสนอว่ากฎนี้เป็นผลสืบเนื่องมาจากจีโนมที่วิวัฒนาการโดยกระบวนการผกผันและการย้ายตำแหน่ง^[ 11 ^{] กระบวนการ}นี้ดูเหมือนจะไม่ได้กระทำต่อจีโนมไมโทคอนเดรีย กฎความเท่าเทียมกันข้อที่สองของ Chargaff ดูเหมือนจะขยายจากระดับนิวคลีโอไทด์ไปยังประชากรของโคดอนสามตัว ในกรณีของ DNA จีโนมมนุษย์แบบสายเดี่ยวทั้งหมด^{[ 12 ]} มีการเสนอ "กฎความเท่าเทียมกันของ Chargaff ระดับโคดอนที่สอง" ดังต่อไปนี้:

ความสัมพันธ์ภายในสายดีเอ็นเอระหว่างเปอร์เซ็นต์ของประชากรโคดอน

โคดอนแรก	โคดอนที่สอง	ความสัมพันธ์ที่เสนอ	รายละเอียด
Twx(ตำแหน่งเบสแรกคือ T)	yzA(ตำแหน่งเบสที่ 3 คือ A)	%  %Twx${\displaystyle \simeq }$yzA	TwxและyzAเป็นโคดอนคู่ขนาน เช่นTCGและCGA
Cwx(ตำแหน่งเบสแรกคือ C)	yzG(ตำแหน่งเบสที่ 3 คือ G)	%  %Cwx${\displaystyle \simeq }$yzG	CwxและyzGเป็นโคดอนคู่ขนาน เช่นCTAและTAG
wTx(ตำแหน่งเบสที่ 2 คือ T)	yAz(ตำแหน่งเบสที่ 2 คือ A)	%  %wTx${\displaystyle \simeq }$yAz	wTxและyAzเป็นโคดอนคู่ขนาน เช่นCTGและCAG
wCx(ตำแหน่งเบสที่ 2 คือ C)	yGz(ตำแหน่งเบสที่ 2 คือ G)	%  %wCx${\displaystyle \simeq }$yGz	wCxและyGzเป็นโคดอนคู่ขนาน เช่นTCTและAGA
wxT(ตำแหน่งเบสที่ 3 คือ T)	Ayz(ตำแหน่งเบสแรกคือ A)	%  %wxT${\displaystyle \simeq }$Ayz	wxTและAyzเป็นโคดอนคู่ขนาน เช่นCTTและAAG
wxC(ตำแหน่งเบสที่ 3 คือ C)	Gyz(ตำแหน่งเบสแรกคือ G)	%  %wxC${\displaystyle \simeq }$Gyz	wxCและGyzเป็นโคดอนคู่ขนาน เช่นGGCและGCC

ตัวอย่าง — การคำนวณจีโนมมนุษย์ทั้งหมดโดยใช้เฟรมการอ่านโคดอนแรกให้ผลลัพธ์ดังนี้:

36530115 TTT และ 36381293 AAA (อัตราส่วน % = 1.00409) 2087242 TCG และ 2085226 CGA (อัตราส่วน % = 1.00096) เป็นต้น... 

ในปี 2020 มีการเสนอว่าคุณสมบัติทางกายภาพของ dsDNA (ดีเอ็นเอสายคู่) และแนวโน้มของเอนโทรปีสูงสุดของระบบทางกายภาพทั้งหมดเป็นสาเหตุของกฎความเท่าเทียมกันข้อที่สองของ Chargaff ^{[ 13 ]}ความสมมาตรและรูปแบบที่มีอยู่ในลำดับ dsDNA สามารถเกิดขึ้นได้จากลักษณะเฉพาะทางกายภาพของโมเลกุล dsDNA และหลักการเอนโทรปีสูงสุดเพียงอย่างเดียว มากกว่าที่จะเกิดจากแรงกดดันทางวิวัฒนาการทางชีวภาพหรือสิ่งแวดล้อม

ตารางต่อไปนี้เป็นตัวอย่างข้อมูลของ Erwin Chargaff ในปี 1952 ซึ่งแสดงรายการองค์ประกอบพื้นฐานของ DNA จากสิ่งมีชีวิตต่างๆ และสนับสนุนกฎทั้งสองข้อของ Chargaff ^{[ 14 ]}สิ่งมีชีวิตเช่น φX174 ที่มีความแปรผันอย่างมีนัยสำคัญจาก A/T และ G/C เท่ากับหนึ่ง บ่งชี้ถึง DNA สายเดี่ยว

• รหัสพันธุกรรม

• Szybalski W, Kubinski H, Sheldrick P (1966). "กลุ่มไพริมิดีนบนสายดีเอ็นเอที่กำลังถอดรหัสและบทบาทที่เป็นไปได้ในการเริ่มต้นการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ" Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology . 31 : 123– 127. doi : 10.1101/SQB.1966.031.01.019 . PMID  4966069 .
• Lobry JR (1996). "รูปแบบการแทนที่แบบไม่สมมาตรในสาย DNA สองสายของแบคทีเรีย" . Mol. Biol. Evol . 13 (5): 660– 665. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025626 . PMID  8676740 .
• Lafay B, Lloyd AT, McLean MJ, Devine KM, Sharp PM, Wolfe KH (1999). "องค์ประกอบของโปรตีโอมและการใช้โคดอนในสไปโรเคต: อคติการกลายพันธุ์เฉพาะสายพันธุ์และเฉพาะสายดีเอ็นเอ" Nucleic Acids Res . 27 (7): 1642– 1649. doi : 10.1093 / nar/27.7.1642 . PMC  148367. PMID  10075995 .
• McLean MJ, Wolfe KH, Devine KM (1998). "ความเบี่ยงเบนขององค์ประกอบเบส การวางแนวการจำลองแบบ และการวางแนวยีนในจีโนมโปรคาริโอต 12 ชนิด" J Mol Evol . 47 (6): 691– 696. Bibcode : 1998JMolE..47..691M . CiteSeerX  10.1.1.28.9035 . doi : 10.1007/PL00006428 . PMID  9847411. S2CID  12917481 .
• McInerney JO (1998). "การคัดเลือกการจำลองแบบและการถอดรหัสในการใช้โคดอนใน Borrelia burgdorferi" Proc Natl Acad Sci USA . 95 (18): 10698– 10703. Bibcode : 1998PNAS...9510698M . doi : 10.1073/pnas.95.18.10698 . PMC  27958 . PMID  9724767 .

• ฐานข้อมูล CBS Genome Atlas ที่เก็บถาวรเมื่อวันที่ 16 พฤษภาคม 2559 ที่ Portuguese Web Archive — มีตัวอย่างเบสสกิวหลายร้อยตัวอย่างและมีปัญหา^{[ 1 ]}
• ฐานข้อมูลเส้นโค้ง Z ของจีโนม — เครื่องมือแสดงภาพและวิเคราะห์จีโนมแบบ 3 มิติ^{[ 2 ]}