Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 131
Текст из файла (страница 131)
1408] Часть 1. 8. Нуклеотиды и нуккеииовые кислоты $;:б~";"~~у: л с т с л":-'.гх: юцл! с о'+ — ~-,'-'у ~ ) д 'и 3' Шпилька К,ЦС"ЮМ-'Т Л С Т С а' Т:„:ФВ4':.Лт ."'цф'~~4~'Йлс т о А ~ ~''4;:5РЙФ яе .!Фу Ф::;:;:й' 'Ф ',::С!~ л"-:.: 'к~:": г ~-пт" ~.Н О.! -, ;.Ц в'+ — ) "т")- з и — з-'-'- шпильки или креста (две симметричные шпильки) (рис. 8-19). Если инвертированные повторы встречаются в одной цепи ДНК, такие последовательности называются зеркальными повторами.
Зеркальные повторы не являются комплементарными последовательностями для самих себя и не Рис. 8-19. Шпильки и кресты. Палиндромные последовательности ДНК (или РНК) могут по-разному сворачивагьск с образованием пар между основаниями внутри одной цепи. а) Когда в образовании структуры участвует только одна последовательность ДНК (или РНК), полученная форма называется шпилькой. б) Крестом называется вторичная структура из палиндромных последовательностей, образованная при участии двух нитеи ДНК. Синим закрашены асимметричные участки ДНК, которые комплементарны последовательностям в той же или в другой цепи.
способны образовыватыппильки и крестообразные структуры. Последовательности такого типа найдены практически во всех больших молекулах ДНК и могут включать в себя от нескольких оснований до нескольких тысяч оснований, Частота, с которой палиндромы встречаются в виде крестообразных структур в клетке, неизвестна, хотя в некоторых случаях ~акис формы организации ДН К были найдены гл ипо у Езслепсй(а соБ.
Отдельные цепи самокомплементарных последовательностей ДНК (или РНК) в растворе выделяются в виде сложных структур, содержащих большое количество шпилек. Некоторые необычные структуры ДНК образуются из трех или более цепей ДНК. Нуклеотиды, участвующие в образовании уотсонкриковских пар (рис. 8-11), могут иметь ряд дополнительных водородных связей, особенно с функциональными группами, расположенными в большой бороздке. Например, остаток цитилина (протонированный) может связываться с остатком гуанозина, участвующим в образовании пуклеотидной пары С=С, а тимидин — с аденозином А=Т пары (рис.
8-20). Атомы )4т, О" и )4е пуринов могут участвовать в образовании водородных связей в триплексе ДНК; эти атомы иногда называются хугстииовскими положениями, а не-уотсон-криковские пары — хугстиновскими парами, по имени Карста Хугстина, который в 1963 г. первым указал на возможность существования тако~о необычного способа образования пар. Благодаря этим нетипичным водородным связям формируется трехцепочечная ДНК (триплекс).
Трехцепочечные фрагменты, показанные на рис. 8-20 (а, б), наиболее стабильны при низких значениях рН, так как для образования триплета О С ° С' необходимо протонирование цитозина. В трехцепочечной структуре рК.„ цито- зина >7,5, что отличается от обычного значения 4,2. Зтн структуры также более охотно формируются в длинных последовательностях, содержащих только пиримидины или пурины в одной из цепей.
Некоторые трехцепочечные структуры ДНК содержат две пиримнлиновые цепи и одну пуриновую„другие состоят из двух пуриновых и одной пиримидиновой. Четыре цепи ДНК также могут связываться друг с другом, образуя четырехцепочечную структуру (тетраплекс или квадруплекс), цо это происходит только между цепочками ДНК СНз /' =т Сне ~ 1ч 'н н" ) 1 ~Х' О Т=А Т Сее С.С' Н С-1' ) о < М М вЂ” Н" ~~г' С-1' / у Н Гуннозннояая четырехненачечнан структура в Рис. 8-20. Строение ДНН, состоящей из трех или четырех цепей. а) Схема соединения оснований в одной из хорошо изученных форм трехцепочечной ДНВ.
Хугстиновские пары на каждом изображении отиечены красным. б) Тройная спираль ДНК состоящая из двух пиримидиновых цепей (полиЩ) и одной пури- новой (поли(А)) (взято из РВР Ш 1ВСЦ. Темно-синяя и голубая цепи направлены антнпараллельно и образуют типичные уотсонкриковские пары. Третья (полностью пиримидиновая) цепь (сиреневый цвет) направлена параллельно пуриновой цепи и связана с другими цепями водородными связями, которые не участвуют в образовании уотсон-криковскнх пар.
Вид на трехцепочечную структуру снизу, показана стопка из пяти плоскостей оснований. Ближайший триплет изображен разными цветами. в) Фрагмент четырехцепочечной структуры из гуанозинов. г) Два последовательных 6-тетраплекса (взято из РВВ Т0 1006), вид снизу, ближайший тетраплекс изображен разными цветами. д) Возможные варианты ориентации цепей, содержащих 6-тетраплексы. с высоким содержанием гуанозиновых остатков (рис. 8-20, в, г). Гуанозиновая чстырсхцспочсчная структура, или С-тетраплекс, довольно стабильна в широком диапазоне условий. Ориентация цепей в тетраплсксс может быть различной, как показано на рис.
8-20, д. т Параллельно '( .. ., " ;,', Антннараллельно д 82 Структура нуклеиновых кислот (407] Н / '~ н ! ПС Н г) — Н )— Н„) Нсо )( С П Н-) 3-. Н Н В ДНК живой клетки сайты узнавания многих специфических ДНК-связывающих белков (гл. 28) представлены палиндромами, а полипиримидины и полипурины, которые могут образовывать тройные спирали или лаже Н-ДНК, найдены в регионах, участвующих в регуляции или [408) Часть 1.
8. Нуклеотиды н нукленнааые кислоты экспрессии некоторых эукариотичсских генов. В принципе, искусственныс цепочки ДНК, синтезированные таким образом, чтобы связываться с этих!и последовательностями с образованием трехцепочсчной ДНК, могут нарушить экспрессию генов. Это важно отметить в связи с болыпим коммерческим интересом к возможности регуляции экспрессии генов для решения различных задач в области медицины и сельского хозяйства.
Иатричные РНК содержат информацию о полипептидных цепях После краткого рассмотрения структуры ДНК обратимся к обсуждению той генетической информации, которую она содержит. РНК, второй важный тип нуклеиновых кислот в клетке, выполняют множество функций. В процессе экспрессии генов РНК участвуют в качестве посредников, использующих информацию, закодированную в ДНК, для формирования аминокислотной последовательности функционального белка. Учитывая то, что ДНК эукариот находится в ядре, а синтез белка происходит в цитоплазмс на рибосомах, генетичсску!о информацию из ядра в цитоплааму должны переносить не ДНК, а другие молекулы.
С начала 1950-х гг. РНК рассматривалась в качестве наиболее вероятного кандидата: эти молекулы были найдсны и в ядре, и в цито- плазме, а увеличение синтеза белка сопровождалось увеличением содержания РНК в цитоплазме и увеличением скорости се оборота.
Эти и другие сведения привели некоторых исследователей к мысли о том, что РНК переносит генетическую информацию от ДНК к аппарату для биосинтеза белка — рибосоме. В 1961 г.Франсуа Жакоб и Жак Моно предложили целостную (и по существу верную) картину этого процесса и термин матричная РНК, мРНК (темепйег ЯМА) для той части клеточной РНК, которая переносит генетическую информацию от ДНК к рибосомам, где становится шаблоном, по которому собирается специфическая последовательность аминокислот. Хотя длина мРНК разных генов может сильно варьировать, для конкретного гена она имеет определенный размер.
Процесс образования мРНК по матрице ДНК называется транскрипцией. У бактерий и архей одна молекула мРНК может кодировать одну или несколько полипептидных цепей. Если в мРНК закодирован Ген Моно цмстро иная б Ген 2 Ген 3 Ген 1 Полнцнстронааа Рнс. 8-21. Бантериальная мРНК. Здесь представлена схематическая диаграмма, на которой наказаны а) манацистраннак и б) палмцнстраннак молекулы мРНК бактерий. Красные сегменты представляют участок РНК в котором закодирован отдельный геи; серые сегменты— иекадирующие участки РНК. В палицистраинам транскрипте некадирующие участки РНК разделяют трн гена.
только один полнпсптид, то она называется моноцистронной; если два или более разных полипептидов — полицистронной. У эукариот бал ыпинство м РН К моноцистронные. (Для простоты цистрон здесь называется геном. Термин сал! по себе имеет исторические корни в генетике, и его формальное определение выходит за рамки данного изложения.) Минимальная длина мРНК определяется длиной полипептидной цепи, которую она кодирует.
Например, для синтеза полипсптидной цепи из 100 аминокислотных остатков необходима кодирующая последовательность РНК длиной, по крайней мере, 300 нуклсотидов, так как каждая аминокислота кодируется триплетом нуклсотидов (эта и другие детали синтеза белка рассматриваются в гл. 27).
Однако длина мРНК, синтезирусмой по матрице ДНК, всегда немного больше, чем необходимо просто для кодирования полипептидной последовательности (или последовательностей). Дополнительная, пекодируютцая последовательность РНК содержит участки, которые регулируют белковый синтез. На рис.
8-21 изображена общая структура бактериальной мРНК. Многие молекулы РНК имеют очень сложную трехмерную структуру Матричная РНК вЂ” это только один из нескольких классов клеточной РНК. Транспортная РНК служит вспомогательной молекулой при синтезе белка; она ковалентно связана с аминокислотой и при этом может комплементарно соединяться с 8.2 Структура нуклеиновых кислот [409) Рис.
8-22. Типичный прввозанрученный фрагмент одноцевочечной РНК. Основания показаны серым, атомы фосфора желтым, остатки рябовы и атомы кислорода фосфатных групп — зеленым цветом. В последующих главах зеленый цвет используется для иэображения цепей РНК, асиний — для обозначения цепей ДНК. матричной РНК таким образом, чтобы аминокислога встраивалась в растущую цепь в правильном порядке.
Рибосомная РНК функционирует в качестве одного из компонентов рибосом. Существует также много разных типов РНК со спецназ«эировацными функциями, в том числе такие„ которые обладают фсрментативной активностью (рнбозимы). Все типы РНК детально рассматриваются в гл. 26. РНК выполняют много разных функций, часто несколько сразу, и это отражает тот факт, что их пространственное строение более разнообразно, чем у молекулы ДНК. Продуктом транскрипции ДНК всегда является одноцепочечная РНК. Единственная нить принимает, как правило, правозакрученную конформацию благодаря стекинговым взаимодействиям между основаниями (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
