Принцип комплементарности: сущность понятия и основные закономерности в области генетики

Комплементарность - это свойство двух структур соответствовать друг другу особым образом.

Принцип комплементарности находит применение в различных сферах деятельности человека. Так, суть комплементарности в процессе обучения касается точной характеристики становления и развития учащихся в условиях предметной структуры школьного обучения. В сфере творчества композиторов он связан с применением цитирований, а в химии данный принцип является пространственным соответствием структур двух различных молекул, между которыми могут возникать водородные связи и межмолекулярное взаимодействие.

Принцип комплементарности в биологии касается соответствия молекул биополимеров и их различных фрагментов. Он обеспечивает образование определенной связи между ними (например, гидрофобных или электростатических взаимодействий между заряженными функциональными группами).

При этом комплементарные фрагменты и биополимеры связываются не ковалентной химической связью, а пространственным соответствием друг к другу с образованием слабых связей, которые суммарно имеют большую энергию, что обуславливает образование достаточно устойчивых комплексов молекул. В данном случае каталитическая активность веществ зависит от их комплементарности с промежуточным продуктом каталитических реакций.

Надо сказать, что также существует понятие структурного соответствия двух соединений. Так, например, при межмолекулярном взаимодействии белков принцип комплементарности - это возможность лигандов приближаться друг к другу на близкое расстояние, что обеспечивает прочную взаимосвязь между ними.

Принцип комплементарности в генетической области касается процесса репликации (удвоения) ДНК. Каждая цепь данной структуры может служить матрицей, которая применяется при синтезе комплементарных цепей, что на завершающем этапе позволяет получать точные копии исходной дезоксирибонуклеиновой кислоты. При этом наблюдается четкое соответствие между азотистыми основаниями, когда аденин соединяется с тимином, а гуанин - только с цитозином.

Олиго-и полинуклеотиды азотистых оснований формируют соответствующие парные комплексы - А-Т (А-У в РНК) или Г-Ц при взаимодействии двух цепей нуклеиновых кислот. Такой принцип комплементарности играет ключевую роль в обеспечении фундаментального процесса хранения, а также передачи генетической информации. Так, удвоение ДНК при делении клеток, процесс транскрипции ДНК в РНК, что проходит при белковом синтезе, а также процессы репарации (восстановления) молекул ДНК после их повреждения невозможны без соблюдения данного принципа.

При любых нарушениях в строго заданном соответствии между важными составными частями различных молекул в организме возникают патологии, которые клинически проявляются генетическими заболеваниями. Они могут передаваться потомкам или быть несовместимыми с жизнью.

Кроме этого, на основе принципа комплементараности базируется важный анализ - ПЦР (полимеразная цепная реакция). С помощью специфических генетических детекторов выявляют ДНК или РНК различных возбудителей инфекционных или вирусных заболеваний человека, что помогает назначать лечение согласно этиологии поражения.