2) фосфодиэфирные
3) водородные (+)
4) полипетидные
Комплементарные цепи ДНК удерживаются друг относительно друга преимущественно за счёт водородных связей между азотистыми основаниями. При каноническом спаривании аденин образует две водородные связи с тимином, а гуанин — три с цитозином. Такая специфичность обеспечивает принцип комплементарности, то есть строго определённое соответствие последовательностей двух цепей двойной спирали.
Водородные связи по отдельности относительно слабы, что принципиально важно для функционирования ДНК: цепи могут обратимо разделяться при репликации, транскрипции и лабораторной амплификации ДНК. При этом совокупность большого числа водородных связей вместе со стэкинг-взаимодействиями между соседними основаниями обеспечивает достаточную стабильность двойной спирали. Участки, богатые парами G–C, обычно имеют более высокую температуру плавления, поскольку такая пара содержит три водородные связи.
Фосфодиэфирные связи выполняют другую функцию: они являются прочными ковалентными связями сахарофосфатного остова и соединяют соседние нуклеотиды внутри одной цепи ДНК. Поэтому они не определяют комплементарное соединение двух противоположных цепей. Для судебно-генетических исследований понимание характера межцепочечных взаимодействий особенно важно при ПЦР, гибридизации зондов и анализе продуктов амплификации, где используется способность комплементарных последовательностей специфически связываться и разъединяться при изменении температуры.
| Вид взаимодействия или связи | Локализация | Основная роль | Значение для структуры ДНК |
|---|---|---|---|
| Водородные связи A–T | Между комплементарными основаниями разных цепей | Специфическое спаривание оснований | Две связи обеспечивают комплементарность A–T |
| Водородные связи G–C | Между комплементарными основаниями разных цепей | Специфическое спаривание оснований | Три связи повышают термическую стабильность GC-богатых участков |
| Фосфодиэфирные связи | Между соседними нуклеотидами одной цепи | Формирование сахарофосфатного остова | Обеспечивают ковалентную целостность каждой цепи ДНК |
| Стэкинг-взаимодействия | Между соседними азотистыми основаниями | Стабилизация пространственной структуры | Вносят существенный вклад в устойчивость двойной спирали |
| Ионные взаимодействия | Между заряженным фосфатным остовом и ионами среды | Экранирование отрицательных зарядов | Влияют на стабильность молекулы, но не задают комплементарное спаривание |
| Пептидные связи | Характерны для белков | Соединение аминокислот | Не входят в структуру ДНК и не обеспечивают спаривание её цепей |
Комплементарность ДНК лежит в основе высокой точности копирования и молекулярной идентификации генетического материала. В судебно-генетической практике тот же физико-химический принцип используется при отжиге праймеров в ПЦР и гибридизации последовательностей-мишеней. Изменение температуры, ионной силы раствора и состава нуклеотидной последовательности влияет на устойчивость двойной спирали и условия её денатурации. Следовательно, водородные связи являются ключевым типом взаимодействий, непосредственно обеспечивающим специфическое соединение комплементарных оснований противоположных цепей ДНК.