Понятие комплементарность - это

Многие люди слышали такое понятие как комплементарность. Это обычно нечто туманное и не совсем понятное, особенно для тех, кто давно закончил школу и чья работа не связана с биологией или химией. На самом деле суть понятия комплементарность довольно проста, и знать, что это, полезно каждому образованному человеку.

Общие сведения

Термин имеет несхожие значения в разных областях биологии. В генетике комплементарность - это свойство нескольких неаллельных, чаще доминантных генов, дополнять друг друга для проявления определенного нового признака. Примером комплементарности в генетике является взаимодействие двух доминантных генов, отвечающих за нормальный слух (назовем их гены А и В). Только при наличии обоих этих генов человек обладает нормальным слухом. Если в генотипе любой из них гомозиготен по рецессиву, человек будет полностью глухим.

Но со школьной скамьи лучше знакомо другое определение понятия. Многие помнят, что комплементарность - это что-то связанное со структурой ДНК. Чтобы дать полное определение, стоит лучше изучить структуру макромолекул, для которых и был введен этот термин.

Комплементарность в макромолекулах

Как известно, в ядре любой клетки живого организма находится компактизованная (плотно свернутая) молекула ДНК, в которой хранится вся генетическая информация о дальнейшем развитии организма. Молекула ДНК формирует хромосомы, которых у человека в норме 46. ДНК представляет собой сложную полимерную молекулу, состоящую из мономеров - нуклеотидов. Каждый нуклеотид представлен остатком фосфорной кислоты, сахаром рибозой или дезоксирибозой и одним из четырех азотистых оснований- аденином (А), тимином (Т), гуанином (Г), цитозином (Ц).

Как известно, молекула ДНК двухцепочная. Связи между цепями могут образовываться только между комплементарными азотистыми основаниями. Правило комплементарности для азотистых оснований выглядит следующим образом:

А-Т (аденин комплементарен тимину).

Г-Ц (гуанин комплементарен цитозину).

Исходя из этих правил, можно сделать вывод, что комплементарность - это принцип соответствия одного азотистого основания в структуре ДНК или РНК другому, с которым эти основания образуют водородную связь.

Первый шаг к выявлению комплементарности азотистых оснований был сделан задолго до Уотсона и Крика, получивших Нобелевскую премию за расшифровку структуры ДНК, американским биологом Эдвином Чаргаффом. В результате своих исследований он обнаружил, что количество аденина в цепи ДНК совпадает с количеством тимина, а гуанина - с количеством цитозина. Он же установил, что суммарное количество пирамидинов (Т+Ц) равно количеству пуринов (А+Г). Само правило комплементарности было открыто Уотсоном и Криком при расшифровке структуры ДНК.

Свой принцип комплементарности существует и для молекулы РНК. Эта макромолекула обычно одноцепочная, но бывают исключения в зависимости от разновидности РНК и ее функций.

В молекулах РНК присутствуют аденин, гуанин, цитозин и урацил. Принцип комплементарности для двухцепочной РНК выглядит так:

А-У

Г-Ц

Как и в случае ДНК, только если комплементарные друг другу азотистые основания стоят друг напротив друга, формируется двойная цепь.

Природа комплементарности

Азотистые основания принято разделять на пурины и пиримидины. К пуринам, как уже упоминалось, относятся аденин и гуанин, к пиримидинам - цитозин, урацил и тимин. Последние три - производные пиримидина, аденин и гуанин - соответственно, производные пурина. Пурины образуют водородные связи только с пиримидинами. Получившиеся связи нежесткие, они легко разрушаются и восстанавливаются. Необходимая для разрыва энергия зависит от количества водородных связей: аденин с тимином образуют две, цитозин с гуанином - три, потому для их разрушения требуется больше энергии.

Значение

Комплементарность - это свойство, которое играет важную роль в репликации ДНК и синтезе РНК. Именно благодаря ей существует привычный механизм передачи наследственной информации. Принцип комплементарности играет ключевую роль в процессе синтеза РНК да матрице ДНК.

Комплементарность в других областях биологии

А ферментативном катализе также используется термин комплементарность. Это понятие в энзимологии применяется для описания специфичности фермента по отношению к определенному исходному веществу (субстрату). Ферменты ввиду своей специфичности могут связываться только с некоторыми субстратами и воздействовать только на определенные химические связи в их молекулах. Чем меньше веществ может катализировать фермент, тем больше его специфичность. В ферментативном катализе комплементарность - это образование специфической связи между активным центром фермента и молекулой субстрата. То есть, и в преобразовании химических веществ в живых организмах комплементарность играет важную роль.

Итог

Исходя из описанных примеров, можно сделать вывод, что комплементарность - взаимное дополнение определенных веществ органической природы, в результате которого образуется химическая связь (в структуре ДНК и РНК), катализуется реакция (в ферментативном катализе), или комбинация неаллельных генов, в результате которой образуется новый признак (в генетике). Чаще всего термин применяется по отношению к структуре ДНК и РНК и означает образование водородных связей между азотистыми основаниями.