Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 16
Текст из файла (страница 16)
37.3, между остатками дезоксигуанознна и дезокснцнтидина образуются три водородные связи, а между тнмнднном и дезоксиаденозином — только две. Поэтому связь Π— С прочнее примерно на 50%. Этим обстоятельством, а также стэкннг-взаимодействиями н можно объяснить более высокую температуру денатурацин (плавления) ьз — С-богатых областей ДНК. ДНК может формировать несколько типов двойных спиралей.
В настоящее время уже известно шесть форм (от А до Е и Е-форма). Большая часть структурных вариантов ДНК может существовать только в строго контролируемых условиях эксперимента. Эти варианты различаются 1) числом пар оснований, приходящихся на один виток двойной спирали; 2) расстоянием между плоскостями пар оснований н углом, который они образуют с осью спирали; 3) диаметром спирали; 4) направленностью (правая„левая) двойной спирали (табл. 37. 1). Некоторые из этих форм переходят друг в друга при изменении концентрации соли и степени гидратацин, Не исключено, что переходы между различными структурными формами ДНК происходят и ш муо.
Структура и функция нуклеиновых кис.,«ии Малая бороздка 3,4 нм Большая бороздка 2,0 нм Рис. 37.2. Модель двухспиральной структуры В-формы по Уотсону и Крику. Слева: Схематическое изображение молекулы (Л вЂ” аденин, С вЂ” цитознн„13 — гуанин, Т вЂ” тимин, Р— фосфат, 8- сахар (дезоксирнбоза)). Справа: модель структуры ДНК. (РЬогоагарЬ 1гогп Л. О.
Жагзоп, Мо!есц1аг Ько1оду оггЬе кепс Згд ед. Соруг1аЬг 1976, 1970, 1965 Ьу ЪЧ. А. Веп1агп1п, 1пс., Мсп1о Рагк, Са11Г.) При физиологических условиях (низкая концентрация соли, высокая степерь гидратации) доминирующим структурным типом ДНК является В- форма. Шаг спирали такой молекулы равен 3,4 нм. Виток ДНК можно представить в виде двух скрученных стопок «монет», по 1О в каждой. Стопки удерживаются водородными связями между двумя противолежащими «монетами» стопок, и «обмотаны» двумя лентами фосфодиэфирного остова, закрученными в правую спираль. В условиях менее высокой гидратации и при более высоком содержании ионов Ха или К' возникает несколько иная структура— так называемая А-форма. Эта правоспиральная конформация имеет больший диаметр спирали, чем В- форма, и большее число пар оснований на виток. Она сходна со структурой, характерной для двухцепочечной РНК или для РНК вЂ” ДНК-дуплексов.
Формы С вЂ” Е также правоспиральные, их образование можно наблюдать только в специальных экспериментах, и, по-виднмому, они не существуют ш что. Х-форма ДНК представляет собой левозакрученную двойную спираль, в которой фосфодизфирный остов расположен зигзагообразно вдоль оси молекулы. Отсюда и название молекулы ~У, (2182ай)-ДНК. Х-ДНК вЂ” наименее скрученная (12 пар оснований на виток) и наиболее тонкая из известных в природе, она обладает только одним желобком (см.
ниже). Х-ДНК выявляют в повторяющихся последовательностях чередующихся пуриновых и пиримидиновых дезоксинуклеотидов (ОС или АС) при наличии ряда других стабилизирующих факторов. К ним относятся: 1) высокая концентрация соли или наличие специфических катионов, таких, как спермин и спермидин; 2) высокое содержание отрицательных супер- витков в молекуле ДНК (см. гл. 38); 3) связывание Х- ДНК-специфичных белков; 4) метилирование атома углерода-5 некоторых остатков дезоксицитидина.
ДНК в У.-форме может участвовать в регуляции экспрессии генов как близко расположенных, так и существенно удаленных от Х-участка. Некоторые белки, связывающиеся в большой или малой бороздках В-формы ДНК, вероятно, не способны связываться с У-формой ДНК. Кроме того, реверсия участка ДНК из Х-формы в В-форму ДНК, которая происходит, например, в результате потери метильных групп 5-метилдезоксицитидином. может влиять на торсионный статус участков ДНК, расположенных на значительном расстоянии от области реверсии. 56 Глава 37 снз н н Угле Тимидин <е Аденозин Углевод к, н. о и и Углевод о. Цитозин Гуанозин Углевод Расстояние диаметр между цло- спирали саостями ос- нований Тип Закручен- Число пар ность спи- оснований рали на виток Рис. 37.3. Образование двух водородных связей (иунктирнал линия) между основаниями дезоксиаденознна и тими- дина (вверху) н трех водородных связей между основаниями дезохсигуанозина и дезоксицитндина (внизу).
В ДНК углеводным остатком является 2-дезохсирибоза. в РНК О-рибоза. Торсионное скручивание — раскручивание ДНК так же, как и метилирование дезоксицитидина, вероятно, влияет на активность генов (см. ниже). Наличие 2!-ДНК в хромосомах .0ГоюрЬИа (плодовая мушка) было показано с применением антител специфичных к 2':форме ДНК. В ДНК человека имеются участки, потенциально способные перехо- Таблица 37Л. Характеристика некоторых типов структур ДНК А Правая 11 0,25б нм 2,3 нм В Правая 10 0,338 нм 1,9 нм У, Левая 12 0,371 нм 1,8 нм дить в 2!-форму; они диспергированы в геноме. Есть основания предполагать, что и в клетках человека могут реализоваться условия, необходимые для ста- билизации Х-формы.
Денатурации (плавлеиие) ДНК Двухспиральную структуру ДНК можно «расплавить» в растворе, повышая температуру илн понижая концентрацию соли. При плавлении происходит не только расхождение цепей ДНК, но и нарушается система стэкинг-взаимодействий нуклеиновых оснований внутри данной цепи. Фосфодизфирные связи при этом не разрываются. Денатурацня ДНК сопровождается усилением оптического поглощения пури- новых и пиримидиновых оснований.
Это явление называют гиперхромиым эффектом денатурации ДНК. При денатурации исчезает также высокая вязкость, присущая растворам нативной ДНК, волоконно- подобная структура которой обусловлена как стэкинг-взаимодействиями нуклеиновых оснований в каждой цепи, так и комплементарными взаимодействиями между двумя цепями. Разделение цепей данной молекулы ДНК происходит в пределах определенного интервала температур.
Средняя точка этого интервала называется температурой плавления ДНК или Т . Значение Т зависит от нуклеотидного состава ДНК и концентрации соли в растворе. Молекулы ДНК, обогащенные С<в С-парами (они связаны тремя водородными мостиками), «плавятся» при более высокой температуре„ чем А — Т-богатые молекулы (пары А — Т связаны двумя водородными мостиками). Десятикратное увеличение концентрации моновалентных катионов увеличивает Т на 16,6'С.
Формамид„обычно используемый в экспериментах с рекомбинантной ДНК, дестабилизирует водородные связи между основаниями, тем самым снижая Т„. Это позволяет цепям ДНК или ДНК вЂ” РНК-гибрида расходиться при более низкой Т, что уменьшает вероятность разрыва индивидуальных цепей. происходящего при высокой температуре.
Бороздки в структуре ДНК При изучении модели, изображенной на рис. 37.2, можно обратить внимание на наличие в структуре ДНК большой и малой бороздок, закрученных вокруг оси молекулы параллельно фосфодиэфирному остову. В этих бороздках белки могут специфически взаимодействовать с определенными атомами нуклеиновых оснований, а значит, и «узнавать» конкретные нуклеотндные последовательности, не нарушая комплементарных взаимодействий в структуре двойной спирали. Как будет показано в гл.
39 и 41, именно за счет таких взаимодействий регуляторные белки могут осуществлять контроль экспрессии генов. Структура и функция нуклеиновых кислот Функция ДНК Релаксированная и еуперспиральная ДНК ДНК некоторых организмов, таких, как бактерии, бактериофаги и многие ДНК-содержащие вирусы животных, представляет собой замкнутую кольцевую структуру. Конечно, такая структура не нарушает полярность молекул, но в ней исчезают свободные 3'- и 5'-гидроксильные и фосфорильные 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 числа супервитков внутреннее (торсионное) напряжение возрастает (проверьте это на обычной резиновой ленте). Супервитки в ДНК, образованные за счет скручивания против часовой стрелки (в направлении, обратном закручиванию правосторонней двойной спирали В-формы ДНК), называются отрицательными.
В некотором смысле можно считать, что энергия, необходимая для достижения такого структурного состояния, запасается в обычных (неотрицательных) супер витках. Энергия перехода молекулы ДНК к другому типу надмолекулярной структуры может понижаться за счет образования участков отрицательного скручивания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
