Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 130
Текст из файла (страница 130)
Важные особенности модели двойной спирали ДНК подтверждаются большим количеством химических и биологических данных. Более того, эта модель также объясняет механизм, по которому возможен перенос генетической информации. Существенной чертой модели является комплементарность двух цепей ДНК Уотсон и Крик сумели выявить эту особенность логически, еще до того как были получены подтверждающие данные, что такая структура может быть реплицирована (1) разделением двух цепей и (2) достройкой комплементарной цепи каждой спирали.
Так как нуклеотиды каждой новой цепи подбираются в последовательности, удовлетворяющей правилу спаривания оснований, каждая сушествую- 8.2 Структура нуклеиновых кислот 14031 .,":,"; цепь 1е--з ",;~"',У цепь .;.: ' з,-.'-"-':-4,';.' е"~ цепь л цепь Рис. 8-1э. Репликация цепей ДНК, прядположеииая Уотсеном и Криком.
Уже существующие («рпдительскиеь) цепи ДНК расходится, и каждая из иих служит шаблоном дкк синтеза коиплеиеятарной («дочернейь) цепи (красиел). щая цепь играет роль образца, по которому синтезируегся комплемснтарпая цепь (рис. 8-15). В дальнейшем эти обьяснения были подтверждены экспериментально, что вызвало революционные изменения нашего понимания биологической на- следствен ноет и.
~ Пример 8-1 ПАРЫ ОСНОВАНИЙ В ДНИ В образцах ДНК, выделенных из двух неизвестных видов бактерий (Х и У), аденин составляет соответственно 32 и 17% от общего состава оснований. Каково относительное содержание гуанина, тимина и цитозина в лвух образцах ДНК? Какие допущения вам пришлось сделать, чтобы ответить на этот вопрос? Один из видов бактерий был выделен из горячего источника с температурой 64 'С. Какой из двух видов с наибольшей вероятностью выделен из горячего источника и почему? Решение.
В любой двойной спирали ДНК А=Т и С=С. ДНК из бактерии Х содержит 32% Л, следовательно, она содержит 32% Т. В сумме это дает 64%, следовательно, суммарное содержание С С пар составляет оставшиеся 36%: 18% приходится на О и 18% на С. В образце из бактерии У содержится 17% Л, следовательно, 17% Т, в сумме 34%. Оставшиеся 66% распределяются поровну между С и С (по 33%). Данный расчет сделан на основании предположения, что обе молекулы ДНК являются двунитевыми. Чем выше содержание С+С пар в молекуле ДНК тем выше температура плавления ДНК Более вероятно, что из горячего источника была выделена бактерия У, в которой содержится больше С еС пар.
Ее ДНК имеет более высокую температуру плавления и, следовательно, обладает большей стабильностью при температуре воды в горячем источнике. ДНИ может иметь разные пространственные конфигурации ДНК вЂ” мобильная молекула. Возможно вращение вокруг некоторых связей сахарофосфатного (фосфодезоксирибозного) скелета, и из-за теплового движения может происходить сгибанне, растягивание и распаривание (плавление) цепей.
В клеточной ДНК было найдено довольно большое количество типов структур, производных модели ДНК Уотсона и Крика, причем многие из пих могут играть важную роль в метаболизме ДНК. Эти структурные вариации обычно не влияют на ключевые свойства ДНК, определенные Уотсоном и Криком: на комплементарность цепей и их антнпараллельноцгь и на выполнение требования А=Т и С=С.
Изменение пространственной структуры ДНК связано с тремя возможностями: разные конформации дезоксирибозы, вращение вокру~ смежных связей, из которых состоит фосфодезоксирибозный остов (рис. 8-16, а), и свободное вращение вокру~ С-1'-1ч-гликозидной связи (рис. 8-16, б). Из-за стерических ограничений пурипы и пуриновые нуклеотиды могут находиться только в двух стабильных конформациях по отношению к дезоксири бозе, их называют син- и анти(рис. 8-16, б). Ниримидины могут существовать только в одной анпш-конформацин из-за стерического взаимодействия между сахаром и карбо- 1404) Чааъ1. 8. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты н н а он он син-Ааснозин он он он он аи>аи-Лденовнн анти-11нтилин Рис.
8-16. Вариацми в структуре ДНК. а) Конформация нуклеотидов в ДНК зависит от значений углов вращения вокруг семи разных связей. Вокруг шести из них возможно свободное вращение. Из-за ограниченного вращения вокруг четвертой связи меняется конформация пентозного цикла: один из атомов в пятичленном фуранозном кольце находится вне плоскости, образованной остальными четырьмя. В результате получается андо- или зкзо-конформации, в зависимости от того, находится ли атон вне плоскости с той же стороны от нее, что и Слр атом, или с противоположной 1рис. 8-3, б).
б) Для пуриновых нуклеотидов по отношению к рибозе возможно только две стерических конформации — анти- или син-. Ниримидины встречаются обычно в анти-конформации. А-фора>а В-форма Х-форма Прпюза- крученнан -20 А 10,5 Левоза- кручснная -18 А 12 Правоза- крученная -26 А 11 3,7А С-3' видо- С-2' зпдо- 28 А ! Конформапия г>тикгьзидной связи А-форма В->)и>рма 2-форма Рис. 8-17. Сравнение А-, В- и 2-форм ДНК. Каждая молекула, показанная здеои состоит из 36 пар оснований.
Основания показаны серым, атоиы фосфора желтым, а рибоэа и атомы кислорода фосфатных групп — синим. В последующих главах синий цвет используется при изображении цепей ДНК. В таблице сумиированы свойства трех форм ДНК. ф б' Я~ з Ь.':! '!!!Н>»нс:.,:.,~а' > 4 7 ':" >5 Направление спирали Диаметр Кг>личество пар оснований на олин оборот Расстояние между соседними парами оснований Наклон оснований к осн спирали Конформация сахара Мна Н11а <„Х„Р ' „.г., носн о Н Н н ' н С-2' андо- для пиримидннов; С-3'впдодля пуринов а>апи- для пнримидннов; син- для пурннов 8.2 Структура нуклеиновых кислот [4051 нильным кислородом при атоме С-2 пиримидинового цикла.
Пространственная организация ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, также называется В-формой ДНК (В-ДНК). Образование В-формы наиболее вероятно для случайной последовательности молекулы ДНК при физиологических условиях, таким образом, В-ДНК служит стандартом, на который ссылаются при исследовании любых свойств ДНК.
Два других варианта, хорошо охарактеризованных в кристалле, называются А- и Х-формами. Эти три конформации ДНК показаны на рис. 8-17 с кратким перечислением их основных свойств. А-форма образуется в средах с низким содержанием воды. А-ДНК представляет собой правозакрученную двойную спираль, на один оборот которой приходится 11 пар оснований (в отличие от 10,5 в В-ДНК).
Плоскость пар оснований в А-ДНК нахолится под углом приблизительно 20' к оси спирали. В результате этих структурных изменений углубляется большая бороздка, в то время как малая бороздка становится почти незаметной. Реагегггы, используемые при кристаллизации ДНК, как правило, дсгидрируют ее, поэтому большинство коротких молекул ДНК кристаллизуются именно в А-форме. Х-форма ДНК очень сильно отличается от В-струкгуры; самое главное отличие заключается в том, что это — левозакрученная спираль. На один ее оборот приходится 12 оснований, сама молекула более узкая и удлиненная. Остов ДНК принимает зигзагообразную форму.
Левозакрученпую спираль образует чаще всего вполне определенная последовательность нуклеотидов. Наиболее известные примеры таких последовательностей — это чередующиеся пиримидиновые н пуриновые основания, особенно чередующиеся остатки С и С или 5-метил-С и С. При образовании левозакрученной спирали в Х-ДНК пуриновые остатки принимают па-конформацию и чередуются с пиримидинами в инти-конформапии. Большая бороздка в У,-ДН К едва заметна, а малая бороздка узкая и глубокая. Встречаетсяли А-ДНКвклетках — неизвестно, но по некоторым данным, короткие фрагменты Х-ДНК могут быть и у прокариот, и у эукарнот. Эти фрагменты Х-ДНК могут играть роль (пока неизвестно какую) в регуляции экспрессии некоторых генов или в генетической рекомбинации.
Определенные последовательности ДНК могут иметь необычное пространственное строение В болыпих хромосомах был найден ряд других вариантов трехмерной организации ДНК, форма которых зависит от последовательности. Это может влиять па функции) и метаболизм сегментов ДНК, которые находятся в непосредствешюй близости друг от друга. Например, изгибы встречаются в спиралях ДНК везде, гле расположены подряд четыре или более остатков аденозина. Шесть адепозинов подряд образуют изгиб под углом -18'.
Такая кривизна, образуемая этой или другой последовательностью, может играть важную роль при связывании ДНК с некоторыми белками. Достаточно распространенный тип последовательности ДНК вЂ” это так называемый палиндром. Палиндром — это слово, фраза или предложение, которое звучит одинаково при чтении слева направо и справа налево, например: ПОТОП; МЕД ЖДЕМ.
Этот термин применяется для обозначения участков ДНК с инвертированными повторами последовательностей оснований, которые имен>т симметриго второго порядка для двух цепей ДНК (рис. 8-18). Такая последовательность комплементарна самой себе, и поэтому может образовывать структуры типа Палиндром 'е::::е!Ф'Ие:::~м с ь А А т с с т и::С"-:~:С':,О:-'-'.Л'ф:;~,': Зеркальный повтор ЛВ) 'мв Ъ;:,",'-~т~!А'::;:!Ь':; С;:::.-'А;: Су С::~А";-„',~:-::;Ц';-:А-; =!~~';,'~!, А А Т С П Т П П Т П С Т А А Рис.
8-18. Палиндромы и зеркальные повторы. Падиндромвми называются такие последовательности в двойной спирали нуклеиновых кислот, которые обладают симметрией второго порядка. При повороте на угол 180' вокруг горизонтальной оси, а затеи на угол 180' вокруг вертикальной оси такая струхтура накладывается сама на себя, что показано цветными стрелками. Зеркальные повторы — симметричные повторы в каждой цепи. Длк того чтобы наложить зту структуру саму на себя, необходимо всего лишь один рвз повернуть последовательность вокруг вертикальной оси на 180'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
