I molekylærbiologi er komplementaritet en grundlæggende egenskab ved nukleinsyrer som DNA og RNA. Hvert nukleotid indeholder en nitrogenbase, og hver nitrogenbase kan danne specifikke par med en base fra et andet nukleotid. Man siger, at baserne er komplementære, fordi baseparrene bindes non-kovalent via hydrogenbindinger og dermed giver specifik parring mellem strenge.

Da der kun findes én komplementær base til hver base i DNA og RNA, kan enzymer syntetisere en komplementær streng ud fra en enkeltstående skabelonstreng — en proces som er nødvendig for DNA-replikation, transkription og mange andre cellulære funktioner.

De baser, der er komplementære i standard Watson–Crick-parring, er

  • A med T
  • C med G

I RNA erstattes thymidin (T) af uridin (U), så A parrer med U i RNA-helix eller RNA–DNA-hybrid.

Hvordan parringen virker og retningen af strenge

Bindingsspecifikationen skyldes især hydrogenbindingerne mellem baserne (A–T danner typisk to hydrogenbindinger; C–G danner typisk tre), samt pi–pi base stacking, som bidrager væsentligt til dobbelthelixens termodynamiske stabilitet. Strengene i en dobbelt helix ligger antiparallelt: én streng går i 5'→3' retning, mens dens komplementærstreng går i 3'→5' retning. Polymeraser tilføjer nye nukleotider i 5'→3' retning og læser skabelonstrengen i 3'→5' retning.

Der findes også ikke-Watson–Crick-interaktioner, fx G–U wobble i RNA, som tillader alternative parringer i foldet RNA og spiller rolle i translationens codon–anticodon-parring.

Biologisk betydning og mekanismer, der afhænger af komplementaritet

  • DNA-replikation: komplementaritet sikrer nøjagtig kopiering af genetisk information; proofreading og mismatch-repair mindsker fejl.
  • Transkription: RNA-polymerase bruger DNA-skabelonen til at danne et komplementært RNA, hvor T erstattes af U.
  • Reparation: mange reparationsmekanismer genkender mismatchede baser og bruger komplementære oplysninger til at rette fejl.
  • Genekspression og regulering: korte komplementære sekvenser (f.eks. i miRNA) binder til mRNA og påvirker translation eller stabilitet.

Anvendelser i bioteknologi

Komplementaritet udnyttes i en lang række teknikker: PCR og primersyntese, DNA-sekventering, hybridiseringsteknikker (Southern, Northern blot, microarrays), FISH (fluorescent in situ hybridization) og diagnostiske assays. Design af specifikke komplementære primere og prober er centralt for disse metoder.

Eksempel på komplementær sekvens

For eksempel kan den komplementære streng af DNA-sekvensen

A G T T C A T G

som basepar (dvs. den streng, der parrer med den viste streng) er

T C A A G T A C (dette er den komplementære streng skrevet i 3'→5' orientering i forhold til den oprindelige streng).

Hvis man angiver den komplementære streng i 5'→3' orientering (ofte kaldet reverse complement), bliver den

C A T G A A C T (reverse complement, 5'→3').

Yderligere bemærkninger

Selv om hydrogenbindinger sikrer specificitet, er det ofte base stacking og ioniske forhold (f.eks. Mg2+, Na+) samt temperatur, der bestemmer stabiliteten af en helix. I levende celler reguleres og overvåges komplementaritetsprocesser af mange proteinmaskiner, så genetisk information bevares og udtrykkes korrekt.