Какво е комплементарност в молекулярната биология — базови двойки в ДНК и РНК

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.

Въпроси и отговори

В: Какво е комплементарност в молекулярната биология?

Въпрос: Как азотните бази се допълват една друга?

В: Защо комплементарността е важна за репликацията на ДНК?

В: Кои са комплементарните двойки бази, които се намират в ДНК и РНК?

В: Може ли всяка азотна основа да се свърже с друга азотна основа?

Въпрос: Каква е последователността на азотните основи на комплементарната верига за ДНК последователността A G T C A T G?

В: Как са свързани комплементарните двойки бази в ДНК и РНК?

Търсене по буква