L’acido desossiribonucleico (DNA) complementare è il DNA in cui la sequenza delle molecole costituenti un filamento della struttura a doppio filamento corrisponde chimicamente alla sequenza dell’altro filamento.
Un’analogia utile è quella di immaginare una chiave e una serratura. Mentre ci sono molti tipi diversi di chiavi, solo un disegno corrisponde ai contorni della serratura e quindi si adatta alla serratura. Anche le diverse molecole chimiche che compongono il DNA non si accoppiano in modo aspecifico. Un accoppiamento “serratura in chiave” opera a livello molecolare.
Le molecole chimiche che compongono il DNA sono note come basi nucleotidiche. Ci sono quattro tipi comuni di basi: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Nell’accoppiamento chimico “chiave e serratura”, una A su un filamento si accoppia sempre con una T sull’altro filamento. Allo stesso modo, una C su un filamento si accoppia sempre con una G sull’altro filamento. I due filamenti sono descritti come complementari l’uno all’altro.
Il DNA complementare (cDNA) è una copia di una regione di un filamento di DNA. Per esempio, se il supporto di DNA originale aveva una sequenza di ATT, la sequenza complementare sarà TAA. Il cDNA si legherà al sito complementare sul filamento di DNA.
Il DNA complementare è importante naturalmente, nella fabbricazione di nuove copie di DNA, ed è diventato un importante strumento sperimentale. Nella replicazione del DNA, i due filamenti vengono srotolati l’uno dall’altro. Una molecola chiamata DNA polimerasi percorre la lunghezza di ogni filamento, facendo una copia complementare di ogni filamento. In altre parole, ogni filamento agisce come un modello per produrre un filamento complementare. I due nuovi filamenti sono complementari l’uno all’altro, e quindi possono unirsi in un processo chiamato annealing. Anche i vecchi filamenti si ricuciono. Il risultato sono due copie complete di DNA.
Il DNA complementare è stato sfruttato per sviluppare tecniche di ricerca e per produrre prodotti commerciali geneticamente modificati. Un classico esempio di cDNA è la tecnica della reazione a catena della polimerasi (PCR). La PCR imita il processo di fabbricazione del DNA in una provetta. In una serie di reazioni, un tratto di DNA viene copiato, e le copie stesse servono come modelli per altre copie. La sequenza originale del DNA viene amplificata per fare un miliardo di copie in pochi minuti.
Perché l’acido ribonucleico (RNA) è fatto usando il DNA come modello, il fenomeno dei filamenti complementari si estende anche all’RNA. L’RNA è fatto di quattro basi: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracile (U; invece della timina che si trova nel DNA). Nello scenario della serratura nella chiave, una A si accoppia con la U) sull’altro filamento, e una C si accoppia sempre con una G. L’RNA complementare (cRNA) è una copia di un filamento di RNA che si legherà alla regione appropriata della molecola originale. Se il supporto originale di RNA avesse una sequenza di base di AUU, per esempio, la sequenza del filamento di cRNA sarebbe UAA.
L’associazione di un filamento di DNA o RNA al suo complemento è uno degli strumenti di ricerca fondamentali del biologo molecolare. Il legame di un complemento può identificare regioni bersaglio di DNA o RNA, e può essere usato per interrompere il processo di fabbricazione del DNA. Se il DNA complementare è etichettato con un composto che diventa fluorescente, allora il legame della sonda fluorescente può effettivamente essere visualizzato usando un microscopio. Questo permette l’esame “in tempo reale” della sintesi del DNA.