Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Это связано с одинаковымфункциональным назначением всех трех белков —обеспечить подходящее окружение для гема,удерживающегокислород.Такимобразом,выполняемаяфункцияналагаетнапространственную структуру белков более строгиеограничения, чем на их аминокислотную последовательность, и первая эволюционирует медленнее, чемвторая. Это позволяет высказать предположение о наличии эволюционных связей между различными белками (или отдельными частями различных белков),имеющими похожие пространственные структуры, даже если у этих белков не обнаруживается сходства в последовательностях.17.
Первичная структурануклеиновых кислотНуклеиновые кислоты - дезоксирибонуклеиновая(ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) — это полимерныемакромолекулы, участвующие в хранении и переносегенетической информации. Они построены из мономерных звеньев — нуклеотидов.Нукуклеотид состоит из трех частей — азотистогооснования, моносахарида (сахара) и одной или нескольких фосфатных групп.
В составе ДНК и РНК кнуклеотидам присоединена одна фосфатная группа.Нуклеозид — это нуклеотид без фосфатной группы(групп). Таким образом, нуклеотиды являются фосфоэфирами нуклеозидов.Сахар, входящий в состав нуклеотида –этопентоза, которая может присутствовать в одной издвух форм: β-D-рибозы и β-D-2-дезоксирибозы.Различие между ними состоит в том, чтогидроксильная (—ОН) группа рибозы при 2'углеродном атоме пентозы замещена в дезоксирибозена атом водорода.
Нуклеотиды, содержащие рибозу,называютсярибонуклеотида-мииявляютсямономерными звеньями РНК, а нуклеотиды,содержащиедезоксирибозу,являютсядезоксирибонуклеотидами, и из них строится ДНК.Азотистые основания представляют собой производные одного из двух соединений - пурина или пиримидина. В нуклеиновых кислотах в основном присутствуют два пуриновых производных — аденин(обозначаемый А) и гуанин (G) и три пиримидиновых —цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U).
В рибонуклеотидахиспользуются основания A, G, С и U, а в дезоксирибонуклеотидах — A, G, С и Т. Основание присоединяется ксахару с помощью β-N-гликозидной связи, соединяющей С1’-атом пентозы с N1-атомом пиримидина или сN9-атомом пурина.Одна, две или три фосфатнβые группы молут бытьприсоединены эфирной связью к 5'-углероду пентозы. Соответственно нуклеотиды называются нуклеозид-5'-моно-, нуклеозид-5'-ди- и нуклеозид-5'-трифосфатами и обозначаются сокращенно ХМР, XDP иХТР, где X - то или иное азотистое основание.
Дляобозначения трех разных положений фосфата используют буквы α, β и γ. При физиологических значенияхрН (близких к 7) основания не заряжены. Однако одна, две или три фосфатные группы в ХМР, XDP и ХТРявляются кислыми и несут два, три или четыре отрицательных заряда соответственно.Номенклатура оснований, их нуклеотидов (в форме5'-монофосфатов) и нуклеозидов приведена в табл.17.1. Приставка перед обозначением нуклеоти-дауказывает на то, что пентозой является дезоксирибоза.Аденозинтрифосфат (ATP) —это главный поставщик энергии во всех клетках.
Каждая их трех фосфатных групп может быть отщеплена путем гидролиза вформе ортофосфата (НРО2-4), который часто называютнеорганическим фосфатом и обозначают Pj. Гидролизсопровождается уменьшением свободной энергии (гл.7):Таблица 17.1. Номенклатура основанийОснованиеРибонуклеотидРибонуклеозидАденин (А)Цитозин (С)Гуанин (G)Урацил (U)Аденилат (AMP)Цитидилат (СМР)Гуанилит (GMP)Уридилат(иМР)АденозинЦитидинГуанозинУридинОснованиеДезоксирибонуклеотидДезоксирибонуклеозидАденин (А)Дезоксиаденилат(dAMP)ДезоксиаденозинЦитозин (С)Дезоксицитидилат(dCMP)Дезоксигуанилат(dGMP)ДезокситимидилатДезоксицитидинГуанин (G)Тимин (Т)(dTMP)ДезоксигуанозинДезокситимидинОбычно ATP, ADP и AMP в клетке находятся в комплексе с ионами магния или марганца (Mg2+ или Мп2+).РНК и ДНК построены соответственно из связанныхковаленто рибонуклеотидных или дезоксирибонуклеотидных звеньев, образующих полинуклеотидные цепи.
Звенья соединяются между собой с помощью фосфодиэфирных мостиков, связывающих 5'гидроксильную группу одного нуклеотида и З'-гидроксильную группу следующего. При этом образуетсярегулярная основная цепь фосфат—сахар—фосфат—сахар и т. д. Разные основания присоединены ксахарам аналогично тому, как присоединены боковыегруппы в белках. Порядок следования основанийвдоль цепи называется первичной структурой нуклеиновой кислоты (ср. с белками, гл. 6). Полинуклеотидная цепь обладает полярностью, и, согласно принятомусоглашению, последовательность оснований читаетсяв направлении от 5'- к 3'-углеродному атому пентозы.
Опервом и последнем нуклеотидах говорят, что они находятся на 5'- и 3'-концах цепи соответственно.Часто используют упрощенную форму записи химической структуры полинуклеотида. Можно указывать просто последовательность оснований, начиная с5'-конца молекулы, например ACG; можно, кроме того, отметить с помощью буквы «р» положение фосфатных групп: pApCpG.
Природу сахара указываютбуквой г (рибоза) и d (дезоксирибоза): dAdCdG. Применяют и схематическую запись, в которой вертикальной чертой обозначают пентозу; к ней приписывают букву, отвечающую тому или иному основанию.Фосфатную группу, соединяющую сахара, изображают косой линией с буквой Р:18. Структура ДНКДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — это биологическая макромолекула, носитель генетическойинформации во всех эукариотических и прокариотических клетках и во многих вирусах.Исследования на пневмококках, проведенные Эвери, Мак-Леодом и Мак-Карти в 1944 г., свидетельствовали о том, что именно ДНК является генетическимматериалом. Они рассмотрели две формы бактерий —инфекционную (вирулентную, обозначаемую S), образующую гладкие колонии на агаре, и мутантную,невирулентную (обозначаемую R), образующую шероховатые колонии. Эвери и его коллеги показали,что ДНК, выделенная из убитых теплом S-бактерий,способна трансформировать невирулентную R-формув вирулентную, причем вирулентность трансформированных R-бактерий передавалась следующим поколениям.
Отсюда следовало, что ДНК несет генетическую информацию.Исследования бактериофага Т2, проведенные Херши и Чейзом в 1952 г., позволили получить дополни-тельные данные о генетической роли ДНК. Эти авторыпытались выяснить, какой компонент вируса - ДНКили белок — ответствен за заражение бактерий Е. coll.Они растили вирус в присутствии радиоактивных изотопов 32Р (чтобы пометить ДНК) и 35S (чтобы пометить белок) и инфицировали этим вирусом Е. coll. Оказалось,что инфицирующим агентом являются молекулы, содержащие 32Р. Таким образом, было показано, что информация, необходимая для образования новых вирусных частиц, содержится в вирусной ДНК.ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ – МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫДНК— была построена Уотсоном и Криком в 1953 г.Согласно этой трехмерной модели, молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые образуют правую спираль1 относительно одной и той жеоси; отсюда название - двойная спираль.
Направле1Точнее —винтовую линию. — Прим. ред.ние цепей взаимно противоположное. Сахарофосфатный остов располагается по периферии двойной спирали, а азотистые основания находятся внутри, и ихплоскости перпендикулярны оси спирали.Между основаниями образуются специфическиеводородные связи, в результате чего осуществляется такназываемое уотсон-криковское спаривание. Аде-нинвсегда образует водородные связи с тимином, а гуанинс цитозином.
Таким образом, более объемные пуринывсегда спариваются с пиримидинами, имеющимименьшие размеры. Это приводит к тому, чторасстояния между С1`-атомами дезоксирибозы в двухцепях оказываются одинаковыми для AT- и CG-nap иравными 1,085 нм. В результате AT- и GC-пары включаются в двойную спираль без какого-либо заметногоизменения геометрии остова.Под комплиментарностью понимают взаимноесоответствие последовательностей оснований в противоположных цепях ДНК. Если в одной цепи в какомто месте стоит аденин, то в другой в этом местедолжен находиться тимин, и наоборот, так чтобы междуоснованиями могли образовываться специфическиеводородные связи. Аналогично, если в одной из цепейв каком-то месте стоит гуанин, то в другой должен находиться цитозин, и наоборот. Комплементарностьочень важна для копирования (репликации) ДНК(гл. 20, 21).Соотношения между числом разных оснований вДНК, установленные, установленные Чаргаффом и др.
в50-х годах, сыграли важную роль в построениидвойной спирали. Чаргафф обнаружил, что у ДНКсамого разного происхождения количество аденинаравно количеству тимина, а количество гуанина —количеству цитозина, т. еиЭти равенстваявляются следствием избирательного спариванияоснований.Геометрия двойной спирали такова, что соседние парыоснований находятся друг от друга на расстоянии 0,34нм и повернуты на 36° вокруг оси спирали. На одинвиток спирали приходится, следовательно, 10 пароснований (360°/36° = 10), и шаг спирали равен 3,4нм (10 • 0,34 нм).
Диаметр двойной спирали равенпримерно 20 нм. В двойной спирали ДНК образуютсяжелобки. Это связано с тем, что сахарофосфатный остов расположен дальше от оси спирали, чем основания. В двойной спирали имеются два желобка — большой и малый.Рентгенограммы волокон ДНК, полученные Франклин иУилкинсом между 1950 и 1953 гг., дали очень важнуюдля построения двойной спирали информацию.Идеализированная дифракционная картина (рис.18.2) имеет вид креста из рефлексов (пятен), образующегося из-за регулярности структуры ДНК. Расстояние между слоевыми линиями отвечает периоду3,4 нм, т. е.
шагу двойной спирали, а сильный рефлексна 10-й слоевой линии — периоду 0,34 нм, т. е. расстоянию между парами оснований. Эти параметры относятся к В-форме ДНК (см. ниже).Рис. 18.2. Идеализированная картина дифракции от волокнаДНК. Анализ результатов этих измерений привел к построению модели ДНК.Стабильность двойной связи обусловлена разнымивзаимодействиями. Отчасти за нее ответственныводородные связи между основаниями. Однако, повидимому, более важную роль играет межплоскостноевзаимодействие — стэкинг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
