2) двумя водородными связями
3) одной водородной связью
4) дисульфидной связью
Гуанин и цитозин в двухцепочечной молекуле ДНК образуют комплементарную пару, стабилизированную тремя водородными связями. Они формируются между аминогруппой гуанина и карбонильным кислородом цитозина, карбонильным кислородом гуанина и аминогруппой цитозина, а также между атомами азота обеих молекул. Пространственное соответствие доноров и акцепторов водорода обеспечивает специфичность спаривания оснований по принципу Уотсона–Крика.
Три водородные связи делают участки ДНК с высоким содержанием гуанина и цитозина более термостабильными по сравнению с участками, богатыми аденином и тимином, между которыми образуются две водородные связи. Поэтому для денатурации GC-богатой ДНК требуется более высокая температура плавления. Дополнительный вклад в устойчивость двойной спирали вносят стэкинг-взаимодействия между соседними азотистыми основаниями.
Комплементарное спаривание оснований лежит в основе точной репликации ДНК, транскрипции, гибридизации нуклеиновых кислот и полимеразной цепной реакции. В судебно-генетических исследованиях эти закономерности учитываются при подборе праймеров, амплификации STR-локусов и интерпретации результатов молекулярно-генетической идентификации.
| Признак | Пара гуанин–цитозин | Пара аденин–тимин |
|---|---|---|
| Число водородных связей | Три | Две |
| Тип оснований | Пурин и пиримидин | Пурин и пиримидин |
| Ширина двойной спирали | Сохраняется постоянной | Сохраняется постоянной |
| Относительная термостабильность | Более высокая | Более низкая |
| Влияние на температуру плавления ДНК | Повышает при увеличении GC-содержания | Снижает при преобладании AT-пар |
| Значение для ПЦР | GC-богатые участки могут требовать оптимизации денатурации | Обычно денатурируются легче |
| Характер связи между основаниями | Нековалентная водородная | Нековалентная водородная |
Водородные связи между комплементарными основаниями достаточно прочны для сохранения структуры генетического материала, но могут обратимо разрываться при репликации или лабораторной денатурации. Дисульфидные связи для соединения оснований ДНК не используются, поскольку они характерны преимущественно для стабилизации пространственной структуры белков. Нарушение комплементарности может приводить к ошибкам репликации и мутациям, если повреждение не устранено системами репарации. Соотношение GC- и AT-пар является важной характеристикой анализируемого фрагмента ДНК и влияет на условия молекулярно-генетического исследования.