Біологічна функція нуклеїнових кислот (див. С. 234) заснована головним чином на властивості підстав утворювати специфічно (комплементарно) пов'язані пари.
А. Парування підстав в ДНК
Першим свідченням існування таких структур пocлyжіл той факт, що в кожному типі ДНК (DNA) міститься приблизно однакова кількість аденіну і тиміну. Те ж саме відноситься до гуаніну і цитозину. Навпаки, співвідношення (аденін + тимін) / (гуанін + цитозин) в різних організмах варіює. Запропонована в 1953 р модель структури ДНК дозволила пояснити причину таких співвідношень: интактная ДНК складається з двох полідезоксінуклеотідних ланцюгів. Кожна основа одного ланцюга пов'язане з комплементарним йому підставою інший ланцюга водневими містками. При цьому аденін комплементарен тимін, гуанін - цитозин. Таким чином, кожна пара складається з одного пуринового і одного пиримидинового підстави.
Комплементарність А і T, відповідно G і С, стає зрозумілою, якщо розглянути можливі водневі містки між підставами. В якості донорів (див. С. 14) виступають аміногрупи (аденіну, цитозину, гуаніну) і N Н-групи гетероциклів (тиміну і гуаніну). Можливими акцепторами є карбонільні групи (тиміну, цитозину, гуаніну) і атоми азоту гетероциклів. Пара A-T може утворювати два. а пара G-C навіть три лінійних і тому особливо стійких містка. Урацил, що міститься в РНК замість тиміну, поводиться при спарюванні підставі подібно тимін.
Б. Структура ДНК
Парування підстав, проілюстроване на схемі А, охоплює в молекулі ДНК мільйони ланок. Звичайно, це можливо тільки в тому випадку, якщо полярність обох ланцюгів різна, тобто обидві ланцюга мають протилежні напрямки (див. с. 86). Крім того, обидві ланцюга повинні бути закручені у вигляді подвійної спіралі. Через стеріческіх обмежень, викликаних 2'-ОН-групою залишку рибози, РНК не мoгyт утворювати структур, подібних подвійної спіралі. Тому РНК мають менш регулярну структуру в порівнянні з ДНК (див. С. 88).
Переважна в клітці конформація ДНК (так звана В-ДНК) представлена схематично на схемі 1. а також на с. 92. у вигляді вандерваальсова моделі. На схемі 1 дезоксірібозофосфатний остов зображений у вигляді стрічки. Підстави (тут вказані у вигляді смуг) розташовані всередині подвійної спіралі. Отже, ця область ДНК неполярна.
Навпаки, зовнішня сторона молекули полярна і заряджена негативно за рахунок вуглеводних залишків і фосфатних груп остова. Ланцюги ДНК протягом усього тяжа утворюють два жолоби, які носять назви «мала борозенка» і «велика борозенка».
Так як обидві ланцюга пов'язані тільки нековалентними взаємодіями, подвійна спіраль при нагріванні або інкубації в лужному розчині легко розпадається на окремі ланцюги (денатурує). При повільному охолодженні раніше невпорядковані окремі ланцюга завдяки парування підстав знову утворюють подвійну спіраль (молекула ренатурірует). Процеси де- і ренатурації грають важливу роль в генній інженерії (див. Сс. 254. 258).
У функціональному відношенні два ланцюги ДНК не еквівалентні. Кодує ланцюгом (матричної, смисловий) є та з них, яка зчитується в процесі транскрипції (див. С. 240). Саме цей ланцюг служить матрицею для PHK. Некодуючі ланцюг (антисмислового) по послідовності подібна РНК (за умови заміни T на U). Загальноприйнято давати структуру гена у вигляді послідовності некодирующей ланцюга ДНК в напрямку 5 '→ 3'. Якщо прочитати кодони в цьому напрямку, то за допомогою генетичного коду (див. С. 244) можна відтворити амінокислотну послідовність білка в прийнятому порядку, від N- до С-кінця.