Komplementäre Desoxyribonukleinsäure (DNS) ist eine DNS, bei der die Sequenz der Molekülbestandteile auf einem Strang der Doppelstrangstruktur chemisch mit der Sequenz auf dem anderen Strang übereinstimmt.
Ein nützliches Analogon ist die Vorstellung von einem Schlüssel und einem Schloss. Es gibt zwar viele verschiedene Arten von Schlüsseln, aber nur ein Design passt zu den Konturen des Schlosses und somit in das Schloss. Auch die verschiedenen chemischen Moleküle, aus denen die DNA besteht, passen nicht unspezifisch zusammen. Die Passung „Schloss in Schlüssel“ funktioniert auf molekularer Ebene.
Die chemischen Moleküle, aus denen die DNA besteht, werden als Nukleotidbasen bezeichnet. Es gibt vier Arten von Basen: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). Bei der chemischen „Schloss-Schlüssel“-Passung paart sich ein A auf einem Strang immer mit einem T auf dem anderen Strang. Ebenso paart sich ein C auf einem Strang immer mit einem G auf dem anderen Strang. Die beiden Stränge werden als komplementär zueinander bezeichnet.
Komplementäre DNA (cDNA) ist eine Kopie eines Bereichs eines DNA-Strangs. Hatte der ursprüngliche DNA-Strang beispielsweise die Sequenz ATT, so lautet die komplementäre Sequenz TAA. Die cDNA bindet an die komplementäre Stelle des DNA-Strangs.
Die komplementäre DNA ist in der Natur bei der Herstellung neuer DNA-Kopien von Bedeutung und hat sich zu einem wichtigen experimentellen Werkzeug entwickelt. Bei der DNA-Replikation werden die beiden Stränge voneinander abgewickelt. Ein Molekül namens DNA-Polymerase läuft die Länge jedes Strangs ab und erstellt eine komplementäre Kopie von jedem Strang. Mit anderen Worten: Jeder Strang dient als Blaupause für die Herstellung eines komplementären Strangs. Die beiden neuen Stränge sind komplementär zueinander, so dass sie sich in einem Prozess, der als Annealing bezeichnet wird, zusammenfügen können. Auch die alten Stränge verbinden sich miteinander. Das Ergebnis sind zwei vollständige DNA-Kopien.
Komplementäre DNA wurde zur Entwicklung von Forschungstechniken und zur Herstellung genetisch veränderter kommerzieller Produkte genutzt. Ein klassisches Beispiel für cDNA ist die Technik der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Die PCR ahmt den Prozess der DNA-Herstellung in einem Reagenzglas nach. In einer Reihe von Reaktionen wird ein Zielabschnitt der DNA kopiert, und die Kopien selbst dienen als Vorlage für weitere Kopien. Die ursprüngliche DNA-Sequenz wird so vervielfältigt, dass innerhalb von Minuten eine Milliarde Kopien entstehen.
Da die Ribonukleinsäure (RNA) auf der Grundlage der DNA als Bauplan hergestellt wird, gilt das Phänomen der komplementären Stränge auch für die RNA. RNA besteht aus vier Basen: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Uracil (U; anstelle des Thymin in der DNA). Im Schlüssel-Schloss-Szenario paart sich ein A mit dem U auf dem anderen Strang, und ein C paart sich immer mit einem G. Komplementäre RNA (cRNA) ist eine Kopie eines RNA-Strangs, die an die entsprechende Region des ursprünglichen Moleküls bindet. Hätte der ursprüngliche RNA-Strang beispielsweise die Basensequenz AUU, wäre die Sequenz des cRNA-Strangs UAA.
Die Bindung eines DNA- oder RNA-Strangs an sein Komplement ist eines der grundlegenden Forschungswerkzeuge des Molekularbiologen. Durch die Bindung eines Komplements können Zielregionen der DNA oder RNA identifiziert und der Prozess der DNA-Herstellung gestört werden. Wenn die komplementäre DNA mit einer fluoreszierenden Verbindung markiert ist, kann die Bindung der fluoreszierenden Sonde mit einem Mikroskop sichtbar gemacht werden. Dies ermöglicht eine „Echtzeit“-Untersuchung der DNA-Synthese.