Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 37
Текст из файла (страница 37)
А = Т), а число гуаниновых остатков всегда равно числу цитозиновых остатков (Аз= С). Из этих соотношений следует, что сумма пуриновых остатков равна сумме пиримидиновых остатков, т.е. А+ 0 =Т+ С, Эти количественные соотношения, подтвержденные позже многими исследователямн, не только стали важной предпосылкой при установлении трехмерной структуры ДНК, но и помогли понять, каким образом генетическая информация кодируется в ДНК и передается от одного поколения другому. 27.6.
Уотсон и Крик постулировали модель двойной спирали ДНК Мы уже видели, как с помощью в высшей степени эффективного метода рентгеноструктурного анализа, основанного на исследовании дифракции рентгеновских лучей. удалось выяснить структуру фибриллярных и глобулярных белков (гл.
7 и 8). При реитгеноструктурном анализе волокон ДНК Розалинд Франклин и Морис Уилкинс получили характерную дифракционную картину (рис. 27-8). На основании этой рентгенограммы был сделан вывод о том, что для полимерньп цепей ДНК характерны два типа периодичности влоль ллинной оси: 034 и 3,4 нм. Проблема состояла в том, чтобы построить трехмерную модель молекулы ДНК, которая могла бы обьяснить не только наличие этих периодичностей, но также открытые Чаргаффом специфические соотношения оснований (А=Т и С =С). В 1953 г.
американский генетик Джеймс Уотсон и английский физик Человек Овна Курица Черепаха Лосось Морской еж Саранча Проростов пшеницы Дрожжи Е. сой бгорьу!ососснз онгеиз Фаг Т7 Фаг л Фаг фХ174 (реплнкативния форма) 30,9 19,9 29,3 21,4 28,8 20,5 29,7 22,0 29,7 20,8 32,8 17,7 29,3 20:,5 27,3 22,7 31,3 18,7 24,7 26„0 30:,8 ?1,0 260 24.0 21,3 28,6 26,3 22,3 19,8 21,0 21,5 21,3 20,4 17,3 20:,7 22,8 17,1 ?5,7 19,0 24,0 27,2 22,3 29,4 1,05 1,00 1,04 ?8,3 1,03 1,02 1,03 29,3 1,02 0,95 0,97 27,9 1,05 !.03 1,05 29,1 1,02 1,02 1„02 32,1 1.02 1,02 1,02 29,3 !,00 1,00 1,00 27,! 1,01 1,00 1,00 32,9 0,95 1,09 1.00 23,6 1.04 1,01 1,03 29,2 1,05 1,1 1 1,07 26,0 1,00 1,00 1,00 22,9 0,92 1,05 1,00 26.4 !.00 !.ОО 1,00 361 1Л 27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ Больная, ила глубокая, бороздка 0,34 нм~ З,4 г|м Малая, или мелкая, бороздка 2,0 нм Рис, 27-Л.
Рентгенограмма ДНК Крестообразное расногюженнс рефлексов указымет на спиральную структуру молекулы. Сильно затемненные зОны в верхней и нихгней частях фотографии соответствуют следуюгиим пруг за другом основаниям ДНК. Рис 27-10. Предложенная Уо жоном и Криком мопель структуры ДНК А. П рсетранстнснна» проволочная модель Б. Пространственная мо- пель, в которой отражены обьемы атомов.
Рис. 27-9. Уотсон и Крик у одной из своих молелен ДНК 1фотография сделана в 1953 г 1. Фрэнсис Крик как результат своих работ в Кембриджском университете предложили трехмернукз модель ДНК, которая объясняла как данные рентгеноструктурного анализа так н харзктерну1о для ДНК парность оснований (рис. 27-10) Модель состоит из двух цепей ДНК, за- 862 чдстыи мвхдннзмы пррнддчи гнннтнчнской информации К ца крученных в спираль вправо вокруг одной и той же оси с образованием двойной спирали.
Две цепи в этой спирали антнпараллельны, т.е. нх 5', 3'-межнуклеотндные фосфодизфирные мостики направлены в противоположные стороны. Гидрофильные остовы цепей, состоящие из чередующихся остатков дезоксирибозы и отрицательно заряженных фоофатных групгь расположены на внешней стороне двойной спирали и обращены в сторону окружающей ее водьг. Гцдрофобные пуриновые и пнримнлиновые основания обеих цепей уложены стопкой внутри двойной спирали, так что практически шюские молекулы оснований сближены межлу собой н расположены перпендикулярно длинной осн двойной спирали. Пространственное взаиморасполо- жение цепей приводит к возникновению больгыой и малой бороздок.
Основания одной цепи синрены с находящимися в той же плоскости основаниями другой цепи. Внутри этой структуры точно пригнанными оказываются только определенные пары оснований. Такими соответствующими друг другу парами всегда являются пары пурин-пиримцдни, а именно пары А-Т и ьг — С, т.е. те самые пары, которые образованы основаниями, Риг. 27-11. Выподисииые в масштабе структур. иые бермуды и простраиствеииые модепи соывщыщьщ водородвыми свемми осаоваиий в парах адеиии — тамии и гуавии-питозии.
Пер- вее из этих пар образо вава с помощью двух водородиых связей, вторве-с помощью трек водородных свезей. Пары П-С организованы в простразатве иескадько более компактно, еем пары А — т. ГЛ. 27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ встречающимися в препаратах ДНК, как это показал Чаргафф, в эквивалентных количествах (табл. 27-3). Более того, оснонания каждой пары настолько сближены, что между ними возникают водородные связи. Как образуются водородные связи между аденином и тимином и между гуанином и цитозином, показано иа рис. 27-11. Важно отметить, что между О и С возникают три водородные связи (О=С), а мгпкду А и Т-только две (А=Т).
Другие пары оснований не вписываются в структуру двойной спирали. Пара оснований, составленная из двух пуринов (А и О), слишком велика, чтобы помесппъся внутри спирали, имеющей данные параметры, а основания в паре С вЂ” Т расположены слишком далеко друг от други, чтобы образовать стабильные водородные связи. Кроме того, при сохранении своего положения в спирали А не может образовать водородные связи с С, а О-с Т. Чтобы объяснить наблюдавшиеся .при рентгеноструктуриом анализе периодичности, Уотсон и Крик показали с помощью молекулярных моделей, что стопкообразно уложенные внутри двойной спирали оснонания должны расиолагаться на расстояниях 0,34 нм друг от друга.
Иэ этих моделей также следовало, что другую периодичность, а именно 3,4 им можно объяснить тем, что на каждый полный оборот двойной спирали приходится около 1О нуклеотидных остатков (рис. 27-10). Диаметр двойной спирали составляет приблизителъно 2 нм. Очень важно обратить внимание на то, что две антипареллельные полинуклеотидные цепи двойной спирали ДНК не идентичны ни по последовательности оснований, ии по иуклеотидному составу, как можно видеть иа рис.
27-12. Однако они комплелгенвгарны друг другу. Где бы ни появился в одной цепи адеиин, напротив него в другой цепи обязательно обнаруживается тимин; точно так же если в одной цепи находится гуанин, то напротив него в другой цепи обязательно присутствует питознн.
Цепи, образующие двойную спираль ДНК (или дуплекс, как часто называют Певь Пю„ 2 С =О ! ! С=С ! ! Т =А с —= 4 1 А Т С— = О С=О А Т С=О ! ! Т А ! ! О= — С А=Т ! А 2! 1б Светав оснсвеввх ги ь н х т с с Рнс, 27-1 2. Схсмвтияеское изображение комплемеитарнмх антипараллельиьж пенек ДНК согласно молслл Уотсона н Крика. Обратите внимание, ято Пепи отлаяаютсе лруГ от прута по составу основания, а также по послелоюивльности, если квжлую лапь имать в направлении 5' 3'.
Отметьте, ято соблилюютси равенства, А ТиО С лвойную спираль), удерживаются друг около друга за счет водородных связей между комплементарными основаниями (рис. 27-!1) и пудрофобных взаимодействий, благодаря которым уложенные в стопку основания оказываются в значителъной степени спрятанными внутрь двойной спирали и защищенными от во. ды„а сильно полярные остовы полимерных цепей располаппотся снаружи и становятся доступными воде.
Основной вклад в поддержание стабильности двойной спирали, так же, как в случае третичной структуры глобулярных белков (равд. 8.6), вносят гидрофобные взаимодействия. Отметим, что при рН 7 все фосфатные группы в полярных остовах двойной спирали ионизованы и заря- 864 ЧАСТЫИ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ жены отрицательно, так что ДНК представляет собой сильную кислоту. Многочисленные данные-и химические, и биологические - свидетельствуют о том, что модель двойной спирали ДНК в основном правильна. Теперь посмотрим, как эта структура обеспечивает точное воспроизведение генетической информации.
27.7. Нуклеотидная последовательность ДНК выполняет функпжю матрацы Молекулы ДНК представляют собой длинные полимерные цепи, имеющие специфические последонательности четырех ~лавных оснований А, Т, О и С, которые являются символами, предназначенными для кодирования генетической информации. Поэтому мы говорим, что нуклеотидная последовательность в ДНК служит лштрицей при репликации ДНК. Однако важно понять, почему для точной репликации, транскрипции и трансляции генетической информации нам необходимы матрицы. При биосинтезе неинформационной макромолекулы гликогена, которая состоит из повторяющихся единиц только одного типа †(3-глюкозы, тождественность и чистота конечного продукта обеспечиваются ак~ивным центром гликоген-синтазы (разд.
20Л3). Для этого фермента характерна субстратная специфичность. т. е, его активный центр способен присоединять только молекулу (ЛЭР- глюкозы и нередуцирующий конец цепи молекулы гликогена, которая должна быть удлинена. В принципе активный центр этого фермента (как, впрочем, и всех других ферментов) можно рассматривать как матрицу (это слово означает «шаблон» или «форму»), поскольку между молекулой (или молекулами) субстрата и активным центром осуществляется комплементарная «подгонкюь В случае ДНК, РНК и полипептидов только один активньш центр фермента не в состоянии обеспечить специфическую последовательность коднрующих единиц. Активные центры ферментов сравнительно малы и могут связывать одно- временно лишь одну или песка чько молекул, играюп1их роль строительных блоков, в таком положении, чтобы обеспечить их точную сборку в правильной последовательности. Нуклеиновые же кистюты, содержащие в своем составе тысячи или миллионы нуклеотидных единиц, настолько велики, что размеры активных центров ферментов оказываются просто недостаточными для того, чтобы точно опрелелять полную последовательность, в которой должны быть собраны нуклеотндные единицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
