Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 128
Текст из файла (страница 128)
Нуклеотиды в нуклеиновых кислотах последовательно связываются фосфодиэфирными связями Нуклеотиды в ДНК и в РНК ковалептно связаны между собой фосфодизфирными мостиками, в которых 5'-фосфатная группа одного нуклеотида соединяется с 3'-гидроксильной группой следующего нуклеотида с образованием фосфодизфирной связи (рис. 8-7). Таким образом, ковалентный остов нуклеиновых кислот состоит из чередующихся остатков фосфата и пентозы, а азотистые основания можно рассматривать как боковые группы, присоединенные к остову регулярно через одинаковые интервалы. Остовы ДНК и РНК гидрофильны. Гидроксильные группы остатков сахара образуют водородные связи с водой. Фосфатныс группы имеют рК, - О и полностью иопизированы при рН 7, их отрицательныс заряды нсйтрализуются в основном за счет ионных взаимодействий с положительными зарядами белков, ионов металлов и полиаминов.
КЛЮЧЕВЫЕ ДОГОВОРЕННОСТИ. Все фосфодизфирные связи в ДНК и РНК направлены одинаково (рис. 8-7), благодаря чему каждая цепочка нуклеиновых кислот ориентирована и имеет разные 3'- и 5'-концы. По опрелслепизо, у 5'-конца отсутствует нуклеотид в 5'-положении, а у 3'-конца отсутствует нуклеотид в 3'-положении. На одном или обоих концах могут присутствовать другис группы (чаще один или несколько фосфатов).
Обозначение ориснтации последовательности нуклеиновой кислоты от 5' к 3' относится к концам последовательности, а пе к ориентации каждой отделыюй фосфодизфирной связи, соединяющей между собой нуклеотиды. ° Фосфодизфирные связи в молекулах ДНК и РНК подвергаются медленному неферментативному гилролизу. В пробирке РНК гидролизуется довольно быстро в щелочной среде, а ДНК вЂ” нет; РНК ДНК 5'-консн 5'-конон О ! Π— Р=О О Н О ОН О вЂ” 1 О -Π— 1-О О Б гОН, .О. й н з Н 3'-конон 3'-конец Рис. 8-7. Фосфодизфирные связи в ковалентном остове ДНК и РНК. Фосфодизфирные связи (одна из которых выделена в молекуле ДНК) последовательно соединяют нуклеотиды между собой. Остов из чередующихся пентозных и фосфатных групп обладает ярковыраженной полярностью и в ДНК и в РНК. На 5'-конце макромолекулы отсутствует нуклеотид а 5'-положении, а на 3'-конце отсутствует нуклеотид в 3'-положении. в зтом процессе приниьчак>т участие непосредственно 2'-гидроксильные группы РНК (которых нет в ДНК).
Первыми продуктами действия щелочи на РНК являются циклические 2',3'- пуклсотидмонофосфаты, которые быстро гидролизуются с образованием смеси 2'-нуклеозид- и 3'-пуклеозидмонофосфатов (рис. 8-8). Последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах можно представить схематически, как показано на следующей странице па примере участка ДНК из пяти пуклсотидов. Фосфатные группы изображены как ОР, каждая дезоксирибоза обозначена вертикальной линией от атома С-Р О Фосфолизфирнзя О 'Р'-' О связь .О ! О а1 зОНз О Б 11 .з Вд Основные понятия 13971 ! 0 — Р=О О СН О !Осиоваииед ! !роизволиос гьзО Смесь произволиых Н Н 2'- и 3'-моиофосфатов Н 2',3'-монофосфата О О Р \ О О ! Π— Р=О ! 0 ОН ! СНв 0 Основание а~ Н Н Н Н 0 ОН РНК 0 — Р=О О ОН Укоротившаяся РНК О ! Рис.
В-В. Гидролиэ РНК в щелочных условиях. 2'-Гидроксильная группа играет роль нук- леофила при внутрииолекулярном смещении электронной плотности. 2'Д'-Производное циклического ионофосфата гидролизуется до снеси 2'- и 3'-монофосфатов. ДНК, в которой отсутствует 2'-гидроксильная группа, в аналогичных условиях стабильна.
сперху до атолта С-5' внизу (по помните, что сахар в нуклеиновых кис.илах всегда находится в замкнутой р-фураиозгтой форме). Связи между нуклеотидами (которые проходят через ОР) шображецы диагональю от середины (С-3') дезоксирибгьчьг одного иуклеотида до пиза (С-5') следующего. А С 0 Т А Л'-конец 3'-конец ОН Вот примеры других упрощенных обозначений: рА С С Т-Аоп* рАрСрСрТрА и рАССТА.
КЛЮЧЕВЫЕ ДОГОВОРЕННОСТИ. Исторически сложилось, что последовательность одной цепи иуклеиповой кислоты всегда изображают, начиная с 5'-конца и заканчивая 3'-концом слева направо в направлении 5' — 3'. ° Короткие иуклеииовые кислоты называются олигоиуклеотидами. Определение «короткие» в некотором смысле п)тоизвольиое, ио полимеры, ! СНв О Основание,! Н Н Н Н 0 0 — Н 'ОН ! гс — ' 0 — Р=О Ом СНв О ~Основание а Н Н Н Н содержащие 50 и менее иуклеотидон, обычно на- зываются олигонуклеотидами. Более длиииые цепочки нуклеиновых кислот называются поли- н уклеотидами.
Свойства оснований нуклеотидов влияют на трехмерную структуру нуклеиновых кислот Свободные пиримидииы и пурииы обладают слабовыражеиными основными свойствами и поэтому называются основаниями. Нурины и пиримидипы, встречающиеся в ДНК и в РНК, представляют собой молекулы с сопряженными связями (рис. 8-2), что оказывает большое влияние па структуру, распределение электронов и спектр поглощения света нуклеиновыми кислотами. Делокализация электронов атомов кольца придает большей части связей характер полуторных.
Вследствие этого молекулы пиримидииов плоские, пуринов — почти плоские (с одним изгибом). Свободные основания пуринон и пиримидипов могут существовать в двух или более таутомериых формах в зависимости от рН. Урацил, например, может существовать в лактамной, лак- О ОН ОН „,.), Н Л актам Н Лахтнм Дважды лактим Урацил х х14 000 й 12 000 8 х " 10 000 с х Я' 8 000 8 л 6000 4 000 6. Ф 2ООО М 230 240 260 260 270 280 Длина волны (нм) Рис. 8-10. Спектр поглощения основных нуклевтидвв. Спектр локаэан как зависимость коэффициента молярной экстинкции от длины волны. Коэффициенты иолярной экстинкции лри 260 нм и рН 70 (ежа) приведены в таблице.
Спектры соответствующих рибонуклеотидов и деэоксирибонуклеотидов, также как и нуклеозидов, практически идентичны. Для измерения поглощения смеси нуклеотидов ислольэуетсв длина волны 260 нм (пунктирная вертикальная линия). 13981 Часть 1. 8. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты Рис. 8-9. Твутвмерные формы урацила.
Лактамная форма преобладает при рН 70; другие формы становятся более заметными при понижении рН. Другие пиримидины и пурины в свободном состоянии также могут принимать различные таутомерные формы, но они встречаются намного реже. тимной и дважды лактимной формах (рис. 8-9). На рнс. 8-2 показаны структуры, преобладающие в растворе при рН 7,0. Из-за резонанса все азотистые основания поглощают УФ-свет, нуклеиновые кислоты характеризуются максимумом поглощения в районе 280 нм (рис.
8-10). Пуриновые и пиримиднновыс основания гидрофобны и плохо растворимы в воде при близких к нейтральным значениях рН в клетке. В кислых и щелочных средах основания становятся заряженными, и увеличивается их растворимость в воде. Гидрофобные взаимодействия между соседними основаниями, плоскости колец которых располо- жены параллельно друг другу (как стопка монет), представляют собой один из двух наиважнейших типов нсковалентных связей между основаниями в нуклеиновых кислотах.
Связь между параллельными плоскостями оснований (так называемые стекинговые взаимодействия, от англ. зсас)пп8 тйтаспопз) осуществляется также за счет ван-дерваальсовых сил и диполь-дипольных взаимодействий. Упаковка оснований в виде стопки монет приводит к уменьшению количества контактов оснований с водой, а взаимодействия между параллельными основаниями очень важны для стабилизации трехмерной структуры нуклеиновых кисло~, как будет описано ниже. Наиболее лажные функциональные группы пиримидинов и пуринов — зто атомы азота кольца, карбонильные группы и аминогруппы, не участвующие в образовании цикла.
Водородные связи между амина- и карбонильными группами служат вторым важнейшим типом взаимодействий между основаниями в нуклеиновых кишклах. Водородные связи между основаниями обеспечивают комплементарную ассоциацию между двумя (и изредка тремя или четырьмя) спиралями нуклеиновых кислот. Атомы, участвующие в образовании водородных связей, были определены Джеймсом Д. Уотсоном и Френсисам Криком в 1953 г. Они выяснили, 8.1 Основные понятия [399) заь н' нтъ м 1 ля а с 'Ъ 11$ м с н — с у Аленин мФ С-1 3' з' Ъ ызх , н н зяг' у / м о °,с %с н с д ко л 9 ! цитозин м с С ~м-Н ' с- Н С я М 1 Сон г„„,ин х1ч-с с ...о м „н' С-1 зах н голд т "~л Ю'::ьо.:,, Рис.
8-11. Водородные связи в парах оснований. опредеяенные Уотсоном и Криком. Здесь, как и везде, водородные связи изображены тремя голубыми линиями. Краткое содержание раздела 8.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ° Нуклеотиды содсржат азотистые основания (пурины или пиримидины), пентозу и олпу или несколько фосфатпых групп. Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры нуклеотидов, соединенных друг с другом фосфодизфирными связями между 5'-гидроксильной группой пентозы одного нуклеотида и 3'-гидроксильной группой другого.
° Существуют два типа нуклеиновых кислот: РНК и ДНК. Нуклеотиды в РНК содержат рибозу и главныс пиримидиновые основания урапил и цитозин. В ДНК нуклеотиды содержат 2'-дезоксирибозу и главные пиримилиновые основания тимин и цитозин. Типичными пуринами и в ДНК, и в РНК являются аденин и гуанин. Джеймс Д. Уотсон Френсис Крик, 1918-МОгг что аденин А специфически связывается с тимином Т (илн Н), а гуанин С вЂ” с г1итазином С (рис.
8-11). Эти лва типа пар оснований преобладают в структуре двойных спиралей ДНК и РНК, за такой тип организации нуклеиновых кислот ответственны таутомеры, показанные на рис. 8-2. Это специфическое образование пар оснований обеспечивает стабильность процесса улвоения генетической информации, как мы увидим позже в этой главе. сн тО с с 'ъс--н Тимин н . м /С "С1 1400] Часть 1. 8.
Нуклеотиды и иуклеииовые кислоты 8.2. Структура нуклеиновых кислот Открытие структуры ДНК Уотсоном и Криком в 1953 и стало важнейшим научным событием, которое положило начало развитию ряда совершенно новых научных направлений и повлияло на уже существующие. В этом разделе мы основное внимание уделяем структуре ДНК, некоторым событиям, связанным с ее открытием, а также некоторым более современным уточнениям, дополняющим наши знания о ДНК. Здесь также будет рассмотрено строение молекулы РНК. Как и при изучении строения белка (гл. 4), полезно описать строение нуклеиновых кислот, исходя из иерархии организации ее структуры (первичная, вторичная, третичная).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
