|
1
, 5
1
‑
фосфодиэфирной связью
.
96
Схема построения нуклеотидной цепи
Полимерная цепь нуклеиновых кислот состоит из чередующихся пентоз-
ных и фосфатных остатков, а гетероциклические основания являются «боко-
выми» группами, присоединенными к пентозным остаткам. Концы линейной
полинуклеотидной цепи обозначают 5
1
— конец (слева) и 3
1
— конец
(справа), так как написание цепи начинают с 5
1
— конца (5 → 3). На 5
1
—
конце находится фосфатная группа (ф), на 3
1
— конце цепи в пентозном
остатке сохраняется свободной гидроксильная группа у С — 3
1
(ОН).
Для удобства записи полинуклеотидных цепей используются сокращенные
обозначения, причем каждый мономер обозначается однобуквенным симво-лом
(А, Г, Ц, Т, У). Тогда полинуклеотид записывается как последовательный набор
конкретных нуклеотидных остатков от 5
1
— конца к 3
1
— концу.
97
Для нуклеотидного состава ДНК (независимо от источника ее выделения)
известны важные общие закономерности, известные как правила Чаргаффа:
1. Число пуриновых оснований (А + Г) равно числу пиримидиновых осно
ваний (Т + Ц), т. е. отношение пуринов к пиримидинам равно 1.
2. Число остатков аденина равно числу остатков тимина, т. е. отношение
аденина к тимину равно 1.
3. Число остатков гуанина равно числу остатков цитозина, т. е.
отношение гуанина к цитозину равно 1.
Кроме того, существенным для характеристики вида ДНК оказался так
называемый коэффициент специфичности, отражающий отношение Г + Ц / А
+ Т. Это отношение часто выражают в молях или процентах ГЦ-пар. ГЦ-тип
ДНК характерен для недрожжевых грибов, актиномицетов, ряда бак-терий,
вирусов. АТ тип ДНК — для хордовых и беспозвоночных животных, высших
растений, дрожжевых организмов.
Основываясь на данных рентгеноструктурного анализа ДНК и правиле
Чаргаффа, Уотсон и Крик предложили в 1953 году модель двухспиральной
структуры ДНК. Две цепи правозакрученной, двухспиральной модели удер-
живаются друг возле друга за счет водородных связей, образующихся между
комплементарными парами: А и Т, Г и Ц. В двухцепочечной молекуле огра-
ничения обусловлены заторможенностью вращения вокруг фосфодиэфирной
связи, преимущественная антиконфигурация гликозидных связей и
преимуще-ственные кетоформы четырех оснований создают условия, в
которых А может образовать прочную пару только с Т, а Г только с Ц.
Две цепи двойной спирали являются антипараллельными, т. е.
направление одной цепи 5
1
→3
1
, другой — 3
1
→5
1
. Одну из двух
комплементарных цепей ДНК, содержащую информацию о структуре
определенного гена в виде специфической последовательности нуклеодитных
звеньев, обычно называют кодирующей (или матричной), другая
комплементарная ей цепь носит название не-кодирующей.
ДНК может формировать несколько типов двойных спиралей. В настоящее
время известно шесть форм. Эти формы различаются числом пар азотистых
оснований на один виток двойной спирали: расстоянием между плоскостями
98
пар азотистых оснований и углом, который они образуют с осью спирали;
диаметром спирали, направленностью (правозакрученная, левозакрученная)
двойной спирали.
Конформационные переходы форм ДНК друг в друга происходят при из-
менении концентрации соли и степени гидратации. При физиологических
условиях (низкая концентрация соли, высокая степень гидратации) доминиру-
ющим типом ДНК является В-форма. В условиях менее высокой гидратации
и
при более высоком содержании ионов Na
+
или К
+
возникает А-форма. Эта
правоспиральная конфигурация имеет больший диаметр спирали, чем В-форма
и
большее число пар оснований на виток. Она сходна со структурой,
характерной для РНК-ДНК-дуплексов.
Таблица 13. Параметры двойной спирали ДНК
A (Na
+
)
В (Na
+
)
С (Li
+
)
Т
Число комплементарных пар на шаг спирали
11
10
9,3
8
Шаг спирали (нм)
2,81
3,36
3,10
2,72
Расстояние между комплементарными парами (нм)
0,255
0,336
0,332
0,34
Угол между комплементарными парами (градусы) 32,73
36
39
45
Угол наклона комплементарных пар (градусы)
20
2
6
6
Направленность двойной спирали
правая
правая
правая
правая
При определенных условиях В-форма ДНК может переходить в Z-форму
(Zigzag), представляющую собой левую двойную спираль. Z-ДНК — наиме-
нее скрученная, на виток приходится 12 пар оснований, она обладает только
одним желобом (бороздкой). Z-ДНК выявляют в повторяющихся последова-
тельностях чередующихся пуриновых и пиримидиновых дезоксинуклеотидов
(ГЦ или АЦ) при наличии ряда других стабилизирующих факторов, к
которым относятся высокие концентрации солей или специфических
катионов; связы-вание Z-ДНК со специфическими белками; метилирование
атома углерода — 5
1
некоторых остатков дезоксицитидина.
ДНК в Z-форме может участвовать в регуляции экспрессии генов. В ДНК
человека имеются участки, потенциально способные переходить в Z-форму; она
диспергирована в геноме. Есть основания предполагать, что в клетках человека
могут реализоваться условия, необходимые для стабилизации Z-формы.
В структуре ДНК имеются большие и малые бороздки, закрученные вокруг
оси молекулы параллельно фосфодиэфирному остову. В этих бороздках белки
могут специфически взаимодействовать с определенными атомами азотистых
оснований и, следовательно, «узнавать» конкретные нуклеотидные последова
тельности, не нарушая комплементарных взаимодействий в структуре двойной
спирали. Именно за счет таких взаимодействий регуляторные белки могут
осуществлять конкретные экспрессии генов.
99
ДНК бактерий
,
бактериофагов и многие другие ДНК
,
содержащие вирусы
животных
,
представляют собой замкнутую кольцевую структуру
.
Такая струк
-
тура не нарушает полярность молекул
,
но в ней исчезают свободные
3
1
и
5
1
гидроксильные
и фосфатные группы
.
Замкнутые кольца могут существовать в
релаксированной или суперспиральной формах
.
Суперспиральность проявляется
тогда
,
когда замкнутое кольцо сворачивается вокруг собственной оси или когда
скручивается участок линейной ДНК
,
концы которой зафиксированы
.
Этот
требующий энергии процесс приводит к появлению внутримолекулярного
напряжения структуры
.
При увеличении супервитков внутреннее напряжение
возрастает
.
Супервитки ДНК
,
образованные за счет скручивания против часовой
стрелки
(
в направлении
,
обратном закрашиванию правосторонней двойной
спирали В
-
формы ДНК
),
называются отрицательными
.
Энергия перехода
молекулы
ДНК к другому типу надмолекулярной структуры может понижаться
за счет образования участков отрицательного скручивания
.
Один из таких
переходов
—
Do'stlaringiz bilan baham: |
