2) ковалентными
3) пептидными
4) водородными (+)
Комплементарные азотистые основания в двух цепях ДНК соединяются водородными связями. Аденин образует пару с тимином посредством двух таких связей, а гуанин — с цитозином посредством трёх. Совокупность большого числа слабых взаимодействий стабилизирует двойную спираль, но сохраняет возможность обратимого расхождения цепей.
Водородные связи формируются между специфическими донорными и акцепторными группами азотистых оснований, поэтому обеспечивают принцип комплементарности и точное копирование генетической информации. Они отличаются от ковалентных фосфодиэфирных связей, соединяющих нуклеотиды внутри одной цепи ДНК: при нагревании или воздействии щелочных условий обычно разрушаются межцепочечные водородные взаимодействия, тогда как сахарофосфатный каркас остаётся сохранным.
Данный принцип имеет практическое значение для молекулярно-генетических методов, применяемых в судебной экспертизе. Разделение цепей при денатурации и их последующая гибридизация лежат в основе полимеразной цепной реакции, анализа STR-маркеров, ДНК-профилирования и определения родства. Дополнительную устойчивость двойной спирали обеспечивают взаимодействия между соседними основаниями — стекинг-взаимодействия, однако именно водородные связи определяют специфичность спаривания.
| Структурный элемент или взаимодействие | Участок расположения | Химическая природа | Основное значение |
|---|---|---|---|
| Пара аденин–тимин | Между комплементарными цепями | Две водородные связи | Специфическое спаривание оснований и передача наследственной информации |
| Пара гуанин–цитозин | Между комплементарными цепями | Три водородные связи | Более высокая локальная устойчивость двойной спирали |
| Фосфодиэфирная связь | В пределах одной полинуклеотидной цепи | Ковалентная связь между сахаром и фосфатом | Формирование прочного сахарофосфатного каркаса ДНК |
| Стекинг-взаимодействия оснований | Между соседними основаниями одной цепи и пар оснований в спирали | Неводородные нековалентные взаимодействия, включая π-π-взаимодействия | Дополнительная стабилизация пространственной структуры ДНК |
| Денатурация ДНК | Межцепочечные контакты | Обратимое разрушение водородных связей под действием температуры, pH или химических агентов | Разделение двойной спирали на две одноцепочечные молекулы |
| Ренатурация и гибридизация | Между комплементарными одноцепочечными участками | Восстановление водородных связей | Основа связывания праймеров, зондов и идентификации соответствующих последовательностей |
| Дисульфидные и пептидные связи | Преимущественно в белковых молекулах | Связи, характерные для стабилизации белков и их первичной структуры | Не участвуют в комплементарном спаривании оснований ДНК |
Количество пар гуанин–цитозин влияет на температуру плавления и устойчивость соответствующего участка ДНК. При лабораторной амплификации важно разделить цепи, не разрушив ковалентный каркас, после чего праймеры комплементарно связываются с матрицей. Нарушение принципа комплементарности приводит к ошибкам репликации и снижению специфичности гибридизации. Поэтому водородные связи являются ключевым структурным механизмом организации двойной цепи ДНК.