2) донорно-акцепторные
3) фосфодиэфирные
4) водородные (+)
Взаимодействие комплементарных цепей ДНК в двойной спирали обеспечивается прежде всего водородными связями между азотистыми основаниями. Аденин специфически соединяется с тимином двумя такими связями, а гуанин с цитозином — тремя. Геометрическое соответствие донорных и акцепторных групп оснований определяет принцип комплементарности и обеспечивает точное воспроизведение генетической информации при репликации.
Водородные связи являются слабыми нековалентными взаимодействиями: каждая из них легко разрывается при повышении температуры, изменении pH или действии денатурирующих агентов, однако их совокупность стабилизирует двойную спираль. Дополнительный вклад в устойчивость ДНК вносят взаимодействия между соседними основаниями, включая стэкинг-взаимодействия и ван-дер-ваальсовы силы. Фосфодиэфирные связи формируют ковалентный сахарофосфатный остов внутри каждой цепи, но не соединяют комплементарные цепи между собой.
Полипептидные связи характерны для белков и не участвуют в построении ДНК. Донорно-акцепторные взаимодействия могут рассматриваться как общий механизм образования некоторых химических связей, однако в данном случае специфическое межцепочечное спаривание классифицируется именно как образование водородных связей. Благодаря обратимости этих связей возможны расхождение цепей при репликации и транскрипции, а также их повторное спаривание при ренатурации.
| Тип взаимодействия | Основная локализация | Характер связи | Функциональное значение |
|---|---|---|---|
| Водородные связи | Между комплементарными азотистыми основаниями двух цепей | Нуковалентные, направленные и обратимые | Обеспечивают специфичность спаривания оснований и удержание двойной спирали |
| Пара аденин–тимин | Комплементарные основания в двух цепях ДНК | Две водородные связи | Формирует один из стандартных вариантов пар оснований |
| Пара гуанин–цитозин | Комплементарные основания в двух цепях ДНК | Три водородные связи | Повышает локальную термостабильность участка ДНК |
| Фосфодиэфирные связи | Сахарофосфатный остов каждой полинуклеотидной цепи | Ковалентные | Соединяют нуклеотиды внутри одной цепи и обеспечивают ее непрерывность |
| β-N-гликозидные связи | Между дезоксирибозой и азотистым основанием | Ковалентные | Формируют нуклеозид в составе нуклеотида |
| Стэкинг-взаимодействия | Между плоскими ароматическими основаниями, расположенными последовательно | Неводородные нековалентные взаимодействия | Дополнительно стабилизируют укладку двойной спирали |
| Полипептидные связи | Белковые молекулы | Ковалентные | Соединяют аминокислоты в белках и не формируют пары оснований ДНК |
При денатурации ДНК разрываются главным образом водородные связи и нарушается комплементарное спаривание, тогда как ковалентный сахарофосфатный остов обычно сохраняется. Температура плавления ДНК повышается с увеличением доли пар гуанин–цитозин и длины дуплекса. Эти свойства лежат в основе гибридизации нуклеиновых кислот, ПЦР, Саузерн-блоттинга и других методов молекулярно-генетической диагностики.