¿Por qué las bases biológicas de los ácidos nucleicos son complementarias?

Desde una perspectiva física y química, la razón fundamental por la que las bases de los ácidos nucleicos son complementarias es que las bases son moléculas aromáticas heterocíclicas. La naturaleza aromática de la base garantiza que los átomos de todos los heterociclos de bases sean * * * planos, y que el apilamiento de bases se produzca entre dos bases adyacentes en la misma cadena mediante la interacción (es decir, la llamada fuerza de apilamiento de bases es en realidad la superposición de nubes de electrones entre dos capas de anillos aromáticos), lo que garantiza que las bases en la estructura bicatenaria o multicatenaria del ácido nucleico puedan disponerse de forma jerárquica y ordenada. Los átomos de nitrógeno y oxígeno altamente electronegativos en el heterociclo aseguran que la base pueda proporcionar suficientes átomos donadores y aceptores de enlaces de hidrógeno, de modo que se puedan formar dos o más enlaces de hidrógeno entre bases en la misma capa, haciendo que las bases de la misma capa se puedan emparejar. De hecho, el emparejamiento de bases es muy diverso. Las escuelas intermedias solo enseñan parejas A-T C-G cis-watson-crick. Sin embargo, además de esta forma de emparejamiento clásica, existen muchas formas de emparejamiento no clásicas. Para obtener más información, consulte la columna Zhihu de @LengYeo. En cuanto a la cadena principal de ribosa fosfato, no es la clave para determinar si los ácidos nucleicos pueden ser complementarios. De hecho, los científicos han intentado modificar la columna vertebral de ribosa fosfato hasta hacerla irreconocible (como los ácidos peptídicos nucleicos y los ácidos treosos nucleicos). Supongamos que hay un ácido nucleico arabinosa, excepto que el azúcar de cinco carbonos es arabinosa y la estructura primaria es la misma que la del ARN. ¿Qué impacto tiene en su estructura de alto nivel? ), todavía puede tener pares de bases.

La situación en el ARN será mucho más complicada. Consideremos primero el ADN. Parece muy "coincidente" que las bases en el ADN "simplemente" estén dominadas por el emparejamiento complementario AT/CG, mientras que otras formas no están dominadas por la energía libre. Probablemente no tenga sentido simplemente discutir la ontología del ácido nucleico que empareja la energía libre, porque sólo puede explicar "nace de esta manera". Pensémoslo simplemente desde dos aspectos: metabolismo y evolución.