Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 133
Текст из файла (страница 133)
При осторожном нагревании регионы, богатые парами А=Т, будут денатурировать, в то время как большая часть ДНК останется в виде двойной спирали. Такие денатурированные регионы (называемые пузырями) можно наблю- [414! Част«1. 8. Нуклеотиды н нукленноаые кислоты дать в электронном микроскопе (рис. 8-28). Заметьте, что разделение цепей ДНК, происходящее тп отго в таких процессах„как репликацня ДНК или транскрипция, начинается с участков, богатых парами А=Т; мы покажсм зто далее. Дуплексы двух цепей РПК илн одной цепи РНК и одной цепи ДПК (РПК-ДНК-гибриды) также могут подвергаться дснатурацни. Примечательно, что двухцепочечные РНК более стабильны, чем ДНК.
Прн нейтральных значениях РН для денатурации РНК требуются температуры выше на 20 'С или более, чем для денатурации молекулы ДНК сравнимой последовательности. По стабильности РНК-ДНК-гибриды, 3 мкм а. 50 0 75 80 85 Температура ('С) 100: 20 „" Рнс. 8-27. Тепловая денатурация ДНК. а) Кривые денатурацнн (плавлення) для ДНК двух типов. Температура в средней точке перехода (1 ) определяет температуру плавления; она зависит от рН, ионной силы раствора н состава ДНК. б) Зависимость 1 От содержания в ДНК пар 6=С. И м р е м ее 8 ь е с 8 д с и м сз е О 0 '.
60 70 80 90 100 110 т „('С) Рнс. 8-28. Частично денатурированная ДНК. Зта молекула ДНК была частично денатурнрована а затем зафиксирована для предотвращения процесса ренатурацин. Для визуализации ДНК при создании этой фотографии использовался метод оттенения, что увеличило диаметр ДНК примерно в пять раз н сделало неразличимым большннспю деталей спирали. Тем не менее можно измерить длину нитей, а одноцепочечные регионы легко отличить от двухцепочечных. Стрелки показывают некоторые одноцепочечные петли («пузырнз), где уже прошла денатурацня.
Зтн быстро денатурнруемые участки богаты парами оснований А-Т н легко восстанавливаются. как правило, занимают промежуточное положе- ние между дуплексами РНК и дуплексами ДНК. Физические основы для таких различий в тепло- вой стабильности пока неизвестны. Нуклеиновые кислоты разных видов могут образовывать гибриды Способность двух комплементарных цепей ДН К образовывать пары друг с другом может быть использована для обнаружения похожих последовательностей ДНК у двух разных видов или в геноме одного вила. Если дуплексы люлскул ДНК, изолированных из клеток человека и мыши, полностью денатурировать под действием температуры, а затем выдержать при 25 С в течение многих часов, большая часть ДНК отожжется.
Скорость отжита ДНК зависит от температуры, длиныфрагментаДНК,копцентрацинДНК, концентрации солей в реакционной смеси и свойств самой последовательности (например, ее сложности и О+ С-состава). Особенно важную роль играет температура. Если температура слишком Образец! Образец 2 низкая, короткие последовательности со случайным сходством, расположенные в отдаленных участках молекулы ДНК, будут связываться с матрицей и мешать общему выстраиванию комплементарной последовательности. При слишком высокой температуре будет происходить децатурация ДНК.
Почти все цепи ДНК мьппи отожгутся с комплементарнылш цепями мышиной ДИК; похожим образом почти все цепи ДНК человека образуют комплементарные структуры с цепями человеческой ДНК. Тем не менее некоторые тяжи Д НК мыши свяжутся с тяжами ДНК человека с образованием гибридных дуплексов, я которых сегменты нитей ДНК мыши образуют двойные спирали с сегментами нитей ДНК человека (рис. 8-29). Это отражае~ общее эволюционное происхождение; в различных организмах, как правило, встречаются некоторые белки "~-'Ц, ':. Дуплекс '."ззб ' первого ';: .~!;~г':Р':, образца Гибрид- ',„', '- -.'- Дуплекс пын ду-,'~':'':".1, е,* второю плекс "" " — ' ' образца Ряс. 8-29. Гибридизация ДНК.
Два образца ДНК можцо сравнить, если полностью денатуркровагь их под действием температуры. Если оба раствора смешать к яедкенно охлаждать, большинство цепей ДНК каждого образца образуют обычные, те же, что были и до плавкекяя, компяемецтарные двойные спирали. Если же две последовательности нитей ДНК мз разных образцов обладают значительным сходством, они могут образовывать дуплексы, цлк гибриды, друг с другом: чем бояьше похожи молекулы ДНК тем больше образуется гибридов. Существует нескольких методов, с помощью которых можно измерить количество образованных гибридов.
Один иэ образцов ДНК обычно метят радиоактивным изотопом для упрощения измерений. 8.3 Химия нуклеиновых кислот [4 Е 51 и молекулы РНК, которые обладают похожими функциями и часто похожим строением. Во многих случаях участки Д Н К, в которых закодированы этн белки и молекулы РНК, имеют похожую последовательность. Чем ближе эволюционно находятся друг к другу организмы двух видов, тем с большей вероятностью нх молекулы ДНК будут образовывать гибриды. Например, ДНК человека более охотно связывается с ДНК мыши, чем с ДНК дрожжей. Способность к гибридизации нитей ДНК из разных источников дало основу для широкого набора методов, необходимых для развития современной молекулярной генетики. Специфические последовательности ДНК или ген можно обнаружить даже в присутствии болыпого количества других последовательностей, при наличии подходящей комплементарной нити ДНК (обычио меченной каким-либо образом), которая может образовывать гибриды с искомой (гл.9).
Комплементарные нити ДНК можно взять из разных видов, или из одного и того же вида„илн синтезировать химическими методами в лаборатории с использованием технологий, которые будут описаны давыде в этой главе. Для обнаружения специфической РНК, а не ДНК, методы гибридизации могут быть изменены. На этих методах основаны выделение и идентификация специфических генов и молекул РНК. Их применение делает возможным идентифицировать конкрепюго человека по одному волосу, оставленному иа месте преступления, или предсказать риск заболевания за десятилетия до проявления симптомов (доп. 9-1). Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты подвергвютсл неферментативным превращениям Ковалентная структура пуринов и пирими- И динов в составе нуклсотидов, частью которых они являются, подвергается ряду спонтанных излгенений.
Скорость этих реакций обычно очень низкая, но они имеют физиологическое значение из-за малой устойчивости клетки к изменениям генетической информации. Изменения в структуре ДНК, которые приводят к постоянным изменениям закодированной в ней генетической информации, называются мутациями, и существует ряд данных, свидетельствующих в пользу Реакция деаамнннронания Реакция депуриииаацин Рис.
8-30. Некоторые хорошо изученные иеферментвтивные реакции, в которых участвуют нуклеотиды. а) Реакции дезаммнмровання. Показаны только основания. б) Реакция депурннмзацмк, в которой происходит гидролиз Н+глнкпзмдной связи и птщепленме (потеря) пурика. Потеря пмримидмновых оснований в результате сходной реакции глюке может иметь место, но протекает гораздо медленнее.
0бразующиесл повреждения, в которых сохраняется дезоксмрмбоза, нп кет основания, называют АР-сайтамм (апурнновые млн, Редко, апмрмммдннпвые сайты). Дезоксмрмбозв, оставшаяся после зтай реакции, легко переходит нз 13-фуранозкой в апьдегмдную форму (рмс. 8-3). Другие кефермектатмвные реакции показаны на рис. 8-31 и рис. 8-38, 14161 Часгь1.
8. Нуклеотиды и муклемнпвые кислоты сугцествования тесной связи между накоплением мутаций в организме н процессами старения и образования рака. Некоторые основания нуклеотидов могут случайно терять амнногруппы, нс включспныс в гетсроцикл (в реакции дезаминирования) (рис. 8-30, а). Например, при физиологических условиях дезам и ни рованне цитозина (в ДН К) до урацила происходит в одном из 10' остатков цитидина за 24 часа. Это соответствует примерно 100 случайным преврагцениям за день в клетке млекопитающих. Дезаминнрование аленина н гуанина происходит со скоростью, примерно в 100 раз меньше этой.
Медленное дезаминирование цитозина кажется достаточно безвредным, по поч~и наверняка именно по этой причине ДНК содержит тимин вместо урацила. Продукт дезаминирования цитозпна (урацил) легко узнается как чуждый элемент в ДНК и удаляется системой репарации (гл. 25). Если бы ДНК в норме содержала урацил, узнавание продуктов дезамипирования цитознна усложнилось бы, а неустраненные остатки урацила могли бы привести к изменению последовательности нуклеотидов, так как они образуют пару с аденинами в процессе репликации.
Деза- 8.3 Химия нуклеиновых кислот 1417) 0 Н С-. — Ю.. М 'С 0 С: —.- С н сн Соседние тимины 0 .Н С -гз'. С. 0 С СНз Петля -.,:. й Т д Сч УФ.излучение УФ.излучение т .зз — Н „С=О / Н:„' з СН З -н, "с о С С С Н ':, ОН 0 С"- Н Ы 4 С вЂ” ОН С.-.= --С Н СНз О ' .Н С-.; — гчт. С С Н сн Цнклобутвновый тнминовый Лнмер 6,4-фотояролукт Рис. 8-31.
Образование пиримндиновых димеров под действием Мф-излучения. а) В результате одной реакции (слева) образуется четырехугперодный цикл, в состав которого входят атомы С-5 и С-б соседних пиримидиновых остатков. В другой реакции (справа) фориируется 64-фотопродукт, в котором связаны атомы С-б и С-4 соседних пирииидиновых остатков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
