Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 132
Текст из файла (страница 132)
8-22), причем онн намного сильнее между двумя пуринами, чем между пурином и пиримидином или между двумя пиримилинами. Пурин-пуриновое взаи- модействие настолько силы<о, что пиримндин, разделяющий два пурина, может быть вытеснен из области меж<<у пурипами для обеспсчсния контакта между пурицами. Лкзбая комплементарная самой себе последовательность формирует более сложные структуры. РНК может образовывать пары оснований либо с ДНК, либо с РНК. Пары практически такие жс, как и в ДНК: С связывается с С, А с П (или с редко встречающимся остатком Т в некоторых РНК).
Единственное различие состоит в том, что возможно образование пары между остатками С и П вЂ” это необычно для ДНК, но довольно распространено в РНК (см. Рис. 8-24). Спаренные цепочки в двуцепочечных РНК или РНК-ДНК антипараллсльны,какивДНК. РН К не имеет регулярной вторичной структуры, которая могла бы послужить стандартом, как двойная спираль ДНК. Трсхмсрныс структуры многих РНК, как и белков, сложны и уникальны. Слабые взаимодействия, особенно стекинговые, играют огромную роль в стабилизации структур РНК, так же как и в ДНК.
В участках, где присутствуют комплсментарные последовательности, преобладающая двухнитевая структура — зто А-форма правозакручепной двойной спирали. Спирали Х-формы были получены в лабораторных условиях (при высокой температуре и очень высокой солености). В-форма РНК пе была обнаружсна. Разрывы в регулярной спирали А-формы„которые появляются из-за пропугценных или неподходящих оснований в одной или обеих нитях, встречаются довольно часто, и в результате образуются выступы или внутренние петли (рис. 8-23). Расположенные поблизости комплементарныс участки РНК образуют шпильки. В структуре РНК заложсны широкис возможности для образования двойных спиралей (рис.
8-24), поэтому шпильки — это наиболее часто встречающаяся вторичнан структура. На конце шпилек РНК часто обнаруживаются специфическис короткие послеловатсльности оснований (такие как (И1СС); известно, что опи могут образовывать прочные и стабильные петли. Такие последовательности могут быть отправными пунктами при сворачивания молекулы РНК в трехмерную структуру. Важный дополнительный вклад в стабилизацию молекулы вносят водородные связи, которые не участвуют в об- Шпилька Одиночные с Внутренняя Двойная спнралыппильки Рис. 8-23. Вторичная структура молеиул РНК. О) Выступи, внутренние петли и шпильки.
б) Как показано здесь дпя структуры типа «шпипька», участки двойной спирали РНК обычно находятся в д-форме. СА ссс О 1<1 Асс са с А С ССС! <.ЖОАО с ОСА,; ССС ОААО <ооо О А СА;1 СС с — с Сс ° 1 сне С 1 С Сс 1 < ОСС А — С с — с с 1'Осе А — О ООС ОААССОСАССАО-СС А СОООСАСОСС А с А с с с с А А О-ОП о<с-О а с А с А Ссесе 1410) Часть 1. 8. Нуклеотиды и нукяеиновые кислоты Рис. 8-24. Структуры двойных спиралей в РНК.
Здесь показана возможная вторичная структура РНК для М1-компонента фермента РНКазы Р из Е. со!О в этой молекуле РНК большое количество шпилек. РНКаза Р которая также содержит и белок (здесь не показан), участвует в созревании молекул транспортных РНК (рис. 28-27). Две квадратные скобки выделяют две другие комплементарные последовательности, которые могут связываться при образовании пространственной структуры.
Синие точки показывают образование не уотсон-криковской пары оснований 6-0 (вставка). Обратите внимание на то, что образование пары 6-С возможно только при сворачивании уже синтезированных цепей РНК или при отжиге их друг на друге. Не существует такой РНК-полимеразы (фермент, который синтезирует молекулы РНК по матрице ДНК), которая в процессе синтеза новой молекулы РНК вставляет Б напротив 6 или наоборот. СЕ» с с А — 1ОО с с с с' с с'с с. с с' с е со ио а,с С ОА АССАААЕ ОА с А с а. со ас,' А А А А с А С< А с с ьасО А с ось <1< с <сс А йеа ' е с ас с соса А 1ОО Е °,,'с СОО с !20 с е ,С А С ',С А с А с мо О АА е с сс А О С с А А СС А О О С с А А О Сс-сессАА с * ааА С-с с-ио АА с С-е О АссС с А АС е-с е- А С<ССО 1< „ССС ОА ЫО ОСА оо О-А А 111 Аос ооо сс 11 ОСА со с с<с С- Аа ь а С САА Еь СА С ОС 82 Структура нуклеиновых кислот [411) Рис. В-25.
Трехмерная структура РНК. а) Пространственное строение фенилаланиновой тРНК дрожжей (РОВ 1О 1 ТИА). Показаны некоторые необычные пары оснований, найденные в этой тРНК. Обратите внимание на водородные связи (показаны красным) между кислородом рибозы, участвующим а образовании фосфодиэфирной связи, и 2'-гидроксильной группой другой рибозы. 6) Рибозим, выделенный из определенного вируса растений, вторичная структура которого похожа на головку полотна (взято из РОВ 10 1ММЕ). Рибоэимы, или РНК-ферменты, катализируют разнообразные реакции. в первую очередь реакции метаболизма РНК и синтеза белков.
Сложная трехмерная организация этих РНК отражает их участие в катализе, как это было описано для белков в гл. 6. в) Сегмент мРНК считающийся интроном (некодирующая последовательность), выделенный из реснитчатого простейшего Тетгайулгепа СйегглорйИа (взято из РОВ 1О 1627). Этот интрон (рибозим) катализирует вырезание самого себя из участка цепи РНК, расположенного между двумя зкзонами (кодирующая последовательность) (описано в гл. 26). [4121 Часть1. 8. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты разовании стандартных уотсон-криковских пар.
Например, водородные связи может образовывать 2'-гидроксильная группа рибозы. Некоторыс из этих особенностей хорошо изучены в структуре фенилаланиновой транспортной РНК дрожжей (отвечает за включение остатка Р11с в полипептиды) и в двух РНК-ферментах, или рибозимах, чьи функции, как и белковых ферментов, зависят от их трсхмсрной структуры (рис.
8-25). Анализ строения РНК и выявление взаимосвязи мсжду структурой и функцией — новая исследовательская задача, где имеются те же сложности, что и при изучении пространственной организации белка. Важность понимания строения РНК растет по мере выявления функций молекул РНК. Краткое содержание раздела 8.2 СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ ° Большое количество разнообразных данных свидетельствует в пользу того, что Д НК служит носителем генетической информации. В частности, эксперимент Эйвери, Маклеода и МакКарти показал, что ДНК, выделенная из одного бактериального штамма, может попадать в клетки другого штамма и трансформировать их в клстки первого штамма, наделяя некоторыми наследственными характеристиками донора. Эксперимент Херши и Чейз показал, что ДНК бактериального вируса, а не его оболочка, переносит в клетку хозяина генетическую информацию для репликации вируса.
° Обобщив множество опубликованных данных, Уотсон и Крик постулировали, что природная ДНК состоит из двух антипараллельных цепей, находящихся в форме правозакрученной спирали. Между комплементарными парами оснований, А=Т и 6 =С, образуются водородные связи внутри спирали. Пары оснований находятся в плоскости, перпендикулярной длинной оси двойной спирали, расстояние между соседними основаниями составляет 3,4 А, на один оборот спирали приходится 10,5 пар оснований. ° ДНК может существовать в нескольких формах, которые отличаются друг от друга пространственным строением. Два варианта уотсон-криковской формы, или В-ДНК,— это А-ДНК и 7-ДНК.
Некоторые структурные варианты зависят от последовательности нуклеотидов, в молекуле ДНК образуются изгибы. Цепи ДНК с определенными последовательностями могут образовывать шпильки, крестообразные структуры, а также участки трехцепочсчной и четырехцспочечной ДНК. ° Матричная РНК переносит генетическую информациюотДНКкрибосомамдлясинтеза белков. Транспортная РНК н рибосомная РНК также участвуют в белковом синтезе. Пространственная структура РНК довольно сложная; отдельные цепи могут сворачиваться в шпильки, принимать форму двойной спирали или образовывать сложные петли. 8.3. Химия нуклеиновых кислот Роль ДНК как хранилища генстической информации зависит от стабильности молекулы.
Химические прсвращепия, которые с ней происходят, в отсутствие катализа протекают обычно очень медленно. Длительное хранение информации без ее изменения очень важно лля клетки, а поэтому даже несколько медленных реакций, которые могут изменить структуру ДНК, имеют важное физиологическое значснис.
Такие процессы, как образование раковых опухолей нли старение, возможно, непосредственно связаны с медленным накоплением необратимых изменений ДНК. Другие, безвредные, изменения, которые могут происходить с ДНК, необходимы для ее функционирования, например разделение цепей, которое предшествует репликации ДНК или ее транскрипции. Помимо углубления понимания физиологнчсских процессов, изучение химии нуклеиновых кислот позволяет освоить множество методов, применяемых в молекулярной биологии, медицине и судебной медицине. Далее мы рассмотрим химические свойства ДНК и некоторыс аспекты их практического применения.
8.3 Химия нуклеиновых кислот [4131 Двойная спираль ДНК и РНК может денатурировать Двойная спираль ДНК Отжиг Дснатурация Ассоциация цепей блаюдаря образованию пар между основаниями Разделение цепей Отдельные цепи ДН К в виде нерегулярных клубков 2нс. 8-26. Обратимая Ленатурация и отжиг (ренатура- цая) дНК.
Растворы бережно выделенных природных ДНК при рН 7,0 и комнатной температуре (25 С) обладают высокой вязкостью. Когда такие растворы помещают в условия с экстремальными значениями рН или с температурой выше 80 С, их вязкость резко понижается, что свидетельствует о том, что ДНК подвергается физическим изменениям. Как и глобулярные белки, которые денатурируют при действии на них высоких температур и экстремальных значений рН, так н двойная спираль ДНК подвергается денатурации, или плавлению.
Разрушение водородных связей и стекинговых взаимодействий между основаниями вызывает разворачивание двойной спирали с образованием двух одиночных цепей, полностью отделенных лруг от друга влоль всей длины или какого-то участка (частичная дена- турация). Ни одна ковалентная связь в ДНК не разрушается (рис. 8-26).
Если две цепи все еще образуют сегмент двойной спирали, содержащий 10 или более остатков, то рецатурация молекулы ДНК представляет собой быстрый процесс в одну стадию. Когда температура или рН возвращается к физиологической норме, несвязанные участки двух цепей спонтанно собираются (отжигаются) и снова образуется исходный дуплекс (рис. 8-26).
Если две цепи полпостьк> разделены, ренатурация происходит в лве сталин. На первой, более медленной, две цепи при случайных флуктуациях «находят» друг друга и формируют короткий сегмент комплеменгарной двойной спирали. Вторая стадия протекает значительно быстрее: оставшиеся распаренные основания соединяются в пары оснований, и две цепи связываются друг с другом с образованием двойной спирали. Тесные контакты между соседними основаниями в одной цепи нуклеиновой кислоты приводят к тому, что поглощение УФ-излучения по сравнению с раствором, содержащим ту же концентрацию нуклсотидов, уменьшается; еще меньшее поглогцеиие наблюдается при соединении двух комплементарных цепей нуклеиновых кислот.
Это называется гипохромным эффектом. При денатурации двойной спирали наблюдается противоположный результат: увеличение поглощения называется гиперхромным эффектом. Таким образом, переход ДНК из формы двойной спирали в форму одиночных цепей можно наблюдать по изменению поглощения УФ-света с длиной волны 260 пм. Молекулы ДНК вирусов или бактерий депатурируют в растворе при небольшом нагревании (рис. 8-27). Каждый тип ДНК характеризуется температурой денатурации (температурой плавления, гал ): высокое солержание С С пар приводит к повышению температуры плавления ДНК. Это происходит из-за того, что в образовании пары С= С участвует три водородные связи, для разрыва которых требуется больше тепловой энергии, чем для диссоциации пар А=Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
