Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 129
Текст из файла (страница 129)
Первичная структура нуклеиновых кислот образуется за счет ковалентных взаимодействий и представляет собой последовательность нуклеотидов. Любая регулярная стабильная форма, образованная из некоторых или всех типов нуклеотидов, может быть названа вторичной структурой нуклеиновой кислоты.
Все виды пространственной организации, которые рассмотрены далее в данной главе, являются элементами вторичной структуры. Сложные комплексы, образующиеся при сборке больших хромосом из эукариотического хрома- тина или бактериальных нуклеоидов, рассматриваются в основном как третичные структуры; это будет обсуждаться в гл. 24. дНК вЂ” ДВОЙная спираль| хранящая генетическую информацию ДНК была впервые выделена и описана Фридрихом Мишером в 1868 г.
Он назвал фосфатсодержащее вещество «нуклеином». Но до 1940-х гг., до работ Освальда Т. Эйвери, Колина Маклеода и Маклина МакКарти не было исчерпывающих доказательств, что ДНК песет генетическую информацию. Эйвери с коллегами обнаружили, что ДНК, выделенная из болезнетворного штамма бактерии 5ггергососсиз риеитотае (пневмококк; вызывает у человека тяжелую болезнь), генетически трансформирует безопасный штамм этого организма в вирулентную форму.
Был сделан вывод, что ДНК, выделенная из болезнетворного штамма, несет наследственный генетический признак вирулентности. В 1952 г. эксперимент Альфреда Д. Херши и Марты Чэйз, в котором было изучено заражение бактериальной клетки вирусом (бактериофагом) с ралиоактивно меченной ДНК или белком, ясно доказал, что именно ДНК, а не белок, несет наследственную информацию. Еще один важный ключ к разгадке строения ДНК был получен в работе Эрвина Чаргаффа и его коллег в конце 1940-х гг.
Они обнаружили, что четыре нуклеотидных основания ДНК встречаются в разных соотношениях в молекулах ДНК разных организмов, но содержание определенных пар оснований практически одинаково. Эти данные, собранные для огромного количества организмов, принадлежащих к разным видам, привели Чаргаффа к следующим выводам: Содержание оснований в ДНК разных видов, как правило, различается. Образцы ДНК, выделенные из разных тканей организмов одного вида, имеют одинаковый состав оснований. Состав оснований ДНК конкретного вида не зависит от возрастив, питания, окружающей среды. Во всех клеточных ДНК вне зависимости от вида, к которому принадлежит организм, число остатков аденозина равно числу остатков тимидина (А = Т), а число остатков гуапозина равно числу остатков цнтидина (( = С).
Отсюда следует, что сумма пуриновых оснований равна сумме пиримилиновых оснований; т. е. А+ О = Т+ С. Эти количественные отношения, называемые иногда «правилами Чаргаффа», были подтверждены многими исследователями. Эти правила помогли разгадать трехмерную структуру ДНК и пролили свет на то, как генетическая информация кодируется в ДНК и передается из поколения в поколение. Розалинд Франклин и Морис Уилкинс использовали мощный метод рентгеноструктурного анализа (доп. 4-5) для исследования нитей ДН К. В начале 1950-х гг.
они показали, что при дифракции рентгеновских лучей на ДНК образуется характерная дифракционная картина (рис. 8-12), Из таких фотографий следовало, что молекулы ДНК представляют собой периодическую спиральную структуру с двумя периодами вдоль длинной лка Ф.'.~'- Розалинд Франнлин, 1920-1998 Морис Уилнинс, 1916-2004 20 А б в ос и — один 3,4 А, другой — 34 Л. После этого встала проГ>лс ма полобрать такую трехмерную молсль молекулы ДНК. чтобы саа отвечала нс только всем лаппым рецтгеноструктурцого анализа, но и правилу Чаргаффа о равенстве числа оснований в парах А = Т и С = С и другим известным хнлшческим свойствам ДНК. Джеймс Уотсон и Френсис Крик, проанализировав уже полученную информацин> о ДНК, смогли понять, как она построена.
В 1953 г. Уотсон и Крик прслставилн трехмерную модель структуры ДНК, которая удовлетворяла всем известным данным. Она состояла из двух спиральных цепочек ДПК, закрученных вокруг одной и той жс оси с образоваш>ем двойной правозакручсшп>й спирали (см. доп. 4-1 для объяснения способов опрелеленпя право- илп левозакрученной сзшральной структуры). Гидрофильпые остовы чередующихся дсзокспрп- Рис. 8-12. Рентгенограмма ДНК. Пятна образуют крест в центре различимой спиральной структуры. Темные полосы по бокам образованы повторяющимися основаниями.
8.2 Структура нуклеиновых кислот [401) 13,4 А Малая Рис. 8-13. Модель структуры ДНК, предложенная Уотсоном и Криком. Исходная модель, предложенная Уотсоном и Криком, содержала 10 пар оснований, имела длину 34 А (или 3,4 нм) на один оборот спирали; последующие измерения показали, что на один оборот приходится 10,9 пар оснований, и он имеет длину 36 А(или 3,6 нм). а) Схематическое иэображение, показывающее размеры спирали. 6) Схематическая модель в виде палочен, изображающая остов ДНК и стопку оснований. в) Объемная модель. бозных и фосфатных групп находятся снаружи лвошюй спирали и но соседгтву с водным окружением.
Циклы фуранозы каждой Лсзоксирпбозы находится в С-2' эпдо-конфорь>анин. Пуриповые и пиримидиновые основания обоих тяжс'и уложены очень близко друг к другу внутри двойной спирали. Это гидрофобные. почю> плс>скпе структуры, перпе~Лпкулярпыс главной оги ДНК. При таком соединении на поверхности парной структуры образун>тся большая бороздка и малая бороздки (рис. 8-13). Кажлос нуклсотилнос основание олной цспн образус> нару с основанием другой цепи в одной плоскости.
Уотсон и Крик показали, что связанпыс' волоролнь>ми связями пары о>ч>ова>шй (. г С и А с Т. показанные на рис. 8-11, нанлучншм образом согласуются с их структурой н оГп~яснян>т правило Чаргаффа о том, что в любой молекуле ДНК С вЂ” С н А — Т. Надо подчеркнуть. что мсжлу С и С могут образоваться трп волоролпыс связи, ]482] Часть 1. 8. Нуклеотиды и нуккекковые кислоты что обозначается как С=— С, а межлу Л и Т могут образоваться только две водородные связи, что обозначается как Л=Т.
Это одна из причин, что разделение спаренных цепей ДНК затруднено, если число пар С С больше, чем Л=Т. Образование пар между другими основаниями в той или иной степени дестабилизирует структуру двойной спирали. Уотсон и Крик, конструируя свою модель, должны были принять одну из двух гипотез о расположении цепей двойной спирали ДНК— параллельны или антипарвллельны эти цепи, т. е.
направлены ли их 5',3'-фосфодизфирные связи в одну или в разные стороны. Модель с антипараллельной ориентацией цепей была более убедительной, и в более поздних работах с ДНК-полимеразой (гл. 25) были получены экспериментальныс доказательства того, что цепи действительно антипараллельны, а в дачьнейшем это полностью полтвердилось рентгеноструктурным анализом. Для учета периодичности, обнаруженной при рентгепоструктурном анализе цепей Д11К, Уотсон и Крик создали молекулярную модель, в которой соседние основания одной цепи внутри двойной спирали находились бы на расстоянии 3,4 А друг от друга; и вся эта структура повторялась через 34 А, совершая полный оборот двойной спирали за 10 пар оснований.
В водном растворе структура ДНК слегка отличается от той, что была получена в кристалле, и имеет 10,5 пар оснований на каждый полный оборот спирали (рис. 8-13). Как показано на рис. 8-14, две аптипартынельные полинуклеотидные цепи ДНК не идентичны пи по послеловатсльности пар оснований, ни по составу. Но они комплементврны друг друзу. Если в одной цепи встречается аденин, в другой на этом месте расположен тимин; аналогично, гуанину в одной цепи соответствует цитозип в другой. ДНК представляет собой двойную спираль (дуплекс), которая удерживается за счет двух типов сил, описанных ранее: водородных связей между парами оснований (рис. 8-11) и стекинговых взаимодействий между параллельными плоскостями соседних оснований.
Комплементарнтють между цепями ДНК обеспечивается за счет образования водородных связей между парами оснований. Главный вклад в стабильность двойной спирали вносят стекинговые взаимодействия между соседними основаниями одной цепи, ко- Рис. 8-14. Комплемеитарность цепей в двойной спирали ДНК. Комплемевтарность антипаразлельных цепей ДНК следует из правил образования пар, прелположеииых Уотсоном и Криком. Комппемеитарные антипараллельиые цепи отличаются друг от друга по составу: если левак цепь имеет формулу А,Т,6,Сь то правая — А,Т,О,С,. Онм также различаются и по последовательности, если читать ее в направлении 5' — 3'. Обратите внимание, что в двойной спирали число парных оснований совпадает, а именно А = Т и 6 = С. торыс монсе специфичны в отношении типов оснований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
