В молекулярната биология комплементарността е свойство на нуклеиновите киселини като ДНК и РНК, при което азотните бази в една верига се свързват чрез специфични невковалентни взаимодействия с бази в другa верига. В най-често срещания случай това са класическите базови двойки по Уотсън–Крик, които се стабилизират от водородни връзки. Всяка база има своя „комплемент“ — само една база образува правилната бройка и геометрия на връзките за стабилна двойка.

Всеки нуклеотид съдържа азотна база, захар и фосфат. Поради комплементарността, ензимите (като ДНК-полимеразите) могат да синтезират нова комплементарна верига от информация, записана в една единична верига — ключов процес за репликацията на ДНК и за транскрипцията (синтез на РНК от ДНК).

  • A с T — образуват две водородни връзки (типична ДНК базова двойка).
  • C с G — образуват три водородни връзки (по-стабилна двойка от A–T).

В РНК тиминът (T) обикновено е заменен от урацил (U), затова в РНК комплементарността е:

  • A с U (две водородни връзки)
  • C с G (три водородни връзки)

Важно е да се отбележи, че комплементарните вериги са антипаралелни: ако едната верига е записана от 5' към 3' край, комплементарната ѝ верига има посока 3' към 5'.

Например, комплементарната верига на ДНК последователността

A G T C A T G

е

T C A G T A C

(като внимаваме на ориентацията: ако първичната последователност е 5'–A G T C A T G–3', то комплементарната верига, прочетена в 3'→5' посока, е 3'–T C A G T A C–5'; ако искаме да я запишем от 5' към 3', трябва да я обърнем: 5'–C A T G A C T–3'.)

Допълнителни аспекти и изключения

  • Съществуват и не-Уотсън–Крик взаимодействия — например G–U „шатъл“ (wobble) в РНК, които позволяват гъвкавост в сгъването на РНК и в разчитането на генетичния код при транслацията.
  • Вътрешната комплементарност в едноверижна РНК води до образуване на вторична структура (дуги, стъбла-лечки, шпилки), която е важна за функцията на много РНК молекули (tRNA, rRNA,ribozymes и др.).
  • „Обратно-комплементарни“ или обратни комплементи се използват при проектиране на праймери за PCR, при хибридизацияни сонди, при CRISPR насочващи РНК и при секвениране.
  • Комплементарността е в основата на механизми за поправка на ДНК, рекомбинация и регулация на генната експресия.

Практически приложения

Знанието за комплементарност се използва практически при технологии като PCR, секвенциониране, хибридизации (микроматрици, FISH), при дизайн на праймери и сонди, както и в молекулярни диагностики и биотехнологични приложения.

Кратко резюме: комплементарността означава специфично сдвояване на базите (A–T и C–G в ДНК; A–U и C–G в РНК), ръководено от формата и броя на водородните връзки, което осигурява точност при копиране, предаване и използване на генетичната информация.