2) структурными связями
3) ковалентными связями
4) водородными связями (+)
Комплементарные азотистые основания противоположных цепей ДНК удерживаются водородными связями — направленными нековалентными взаимодействиями между атомами-донoрами и акцепторами водорода. Аденин образует пару с тимином посредством двух водородных связей, а гуанин — с цитозином посредством трех. Такая избирательность обеспечивает принцип комплементарности и точное соответствие последовательностей двух цепей.
Водородные связи достаточно прочны для стабилизации двойной спирали, но могут обратимо разрушаться при нагревании или изменении pH, что лежит в основе денатурации ДНК и последующей ренатурации комплементарных цепей. Между основаниями также возникают эффекты укладки и ван-дер-ваальсовы взаимодействия, однако они не определяют специфичность пар основания. Ковалентные фосфодиэфирные связи соединяют нуклеотиды внутри одной полинуклеотидной цепи, а не основания двух противоположных цепей.
Комплементарное спаривание имеет принципиальное значение для репликации, амплификации ДНК методом ПЦР и идентификации генетического профиля в судебно-медицинской практике. При копировании матричной цепи аденину соответствует тимин, а гуанину — цитозин, благодаря чему сохраняется последовательность генетической информации.
| Взаимодействие или пара | Локализация | Основная характеристика | Биологическое значение |
|---|---|---|---|
| Аденин—тимин | Между комплементарными цепями ДНК | Две водородные связи | Специфическое спаривание оснований и поддержание структуры двойной спирали |
| Гуанин—цитозин | Между комплементарными цепями ДНК | Три водородные связи | Более высокая устойчивость участка ДНК по сравнению с участками, богатыми парами A–T |
| Фосфодиэфирная связь | Внутри одной цепи ДНК | Ковалентная связь между 3′-гидроксильной группой сахара и фосфатом следующего нуклеотида | Формирование стабильного сахарофосфатного остова |
| N-гликозидная связь | В пределах одного нуклеотида | Соединяет азотистое основание с дезоксирибозой | Образование нуклеозида и включение основания в состав ДНК |
| Ван-дер-ваальсовы и стекинг-взаимодействия | Между соседними основаниями внутри двойной спирали | Неспецифическая стабилизация за счет укладки ароматических оснований | Дополнительное уплотнение и стабилизация молекулы ДНК |
| Денатурация ДНК | Между двумя цепями | Обратимое разрушение водородных связей без разрыва сахарофосфатного остова | Основа ПЦР, гибридизации нуклеиновых кислот и анализа генетического профиля |
Следовательно, правильным является указание на водородные связи как на специфический механизм соединения комплементарных оснований двух цепей ДНК. Количество таких связей влияет на термическую стабильность отдельных участков молекулы. Сохранение принципа комплементарности обеспечивает точность передачи наследственной информации и достоверность молекулярно-генетической идентификации.