Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Следовательно, матрицей для формирования нуклеотидной последовательности своего комплементарного партнера должна служить одна цепь ДНК. Другой аспект гипотезы Уотсона— Крика состоит в том, что структура двойной спирали ДНК указывает способ. с помощью которого может быть точно воспроизведена содержащаяся в ДНК генетическая информация (рис. 27Л 3). Поскольку две цепи двойной спирали ДНК структурно комплементарны, их нуклеотидные последовательности несут комплементарную друг по отношению к другу информацию. Уотсон и Крик постулировали, что репликация ДНК в холе деления клеток начинается с разделения двух цепей, каждая из которых становится матрицей, определяющей нуклеотидную последовательность новой комплементарной цепи, образуемой с помощью репликативных ферментов. Была высказана мысль, что правильносп репликации каждой из цепей ДНК должна обеспечиваться точным соответствием и стабильностью комплементарных пар оснований А=Т и О..=-С в двух дочерних дуплексах, каждый из которых содержит одну цепь родиэельской ДНК и новую цепь, комплементарную этой родительской цепи.
Бьщо постулировано также, что каждая вновь образованная дочерняя двойная спираль попадает в дочернюю клетку без каких-либо изменений. В гл. 28 мы увидим, как эта гипотеза была экспериментально подтверждена. Гл. 27. днк: стРуктуРА хРОмОсОм и ГенОВ 865 Рслктепьскаа цепь Роцзтельекаа цепь Рис. 27ПЗ. Модель репликации ДНК, прсдложениаа Уотсоном и Криком. Комплсментарные цепи родительской ДНК раздемпстск, и каждаа из низ скулит матрицей дла биосиитеза комплементарной дочерней пели (лочерние цепи показаны красным пестом) 27.8. Двойные епиразйс ДНК могут подвергаться двнатурации, т.е. расялетатьси Рассмотрим теперь некоторые химические и физические свойства ДНК, вытекающие из ее структуры двойной спирали.
Растворы ДНК, выделенной с большими предосторожностями, обладают при рН 7,0 и комнатной температуре (20 — 25"С) высокой вязкостью. Если такой раствор нагреть до температуры выше 30-90'С нлн донести его рН до экстремальных значений, то вязкость раствора резко упадет, что указывает на изменение физического состояния ДНК.
Мы уже видели, что высокая температура и экстремальные значения рН приводят к денатурации, или раскручиванию глобулярных белков(разд. 6.12). Точно так же высокие температуры и экстремальные значения РН вызывают денатурацию, илн расплетание, двухцепочечных спиралей ДНК, разрушая нодородные связи между спаренными основаниями и гидрофобные взаимодействия, с помощью которых удерживались вместе уложенные в стопку основания. В результате днойная спираль расплетается с образованием хаотических.
беспорядочных одноцепочечных клубков до тех пор, пока обе цепи, наконец, не разделятся полностью. При денатурации (ее называют также плпвлением) ковалентные связи в остове молекулы не разрываются (рис. 27-14). Если оставшийся нерасплетенным двухцепочечный фрагмент ДНК, состоящий из десятка или большего числа комплементарных нуклеотндов, все еще продолжает удерживать цепи от полного расхождения, то процесс денатурацин может быть летно обращен. Это значит, что при приведении температуры и величины рН вновь к физиологическим значениям расплетенные участки двух цепей самопроизвольно сплетутся, образуя исходный дуплекс (отжиг, рис. 27-14). Однако если расхождение цепей полностью завершено, то ренатурацня будет происходить в два этапа.
Первый из них протекает сравнительно медленно, поскольку дне цепи должны «отыскать» друг друга в ходе случайных столкновений и образовать короткие комплементарные участки двойной спирали. Второй этап осуцествляется гораздо быстрее, так как остальные основания последовательно состыковываются и образуют пары комплементарных оснований. Затем две цепи «застегиваются» наподобие молнии, вновь образуя двойную спираль. 86» ЧАСТЬ НА МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ днк в «в|ив влвавав Рис. 27ОА Этапы обратимая ива«туран«и н са- нат|раина ДНК.
27.9. Цепи ДИК из двух рязиых видов мо|'уиг ОбразОвять |ибриды ДНК ДНК Если дуплексы ДНК, выделенные из клеток человека и мыши, денатурнровать нагреванием по отдельности, а затем смешать н выдерживать при 65'С в течение многих часов, то большая часп, цепей мышиной ДНК «отжигается» с комплементарными цепями мышиной ДНК с образованием исходного дуплекса; аналопачным образом большинство цепей ДНК человека воссоединяется с комплементарными цепями ДНК человека. Однако наряду с этим некоторое число одиночных цепей ДНК мыши будет связываться с одиночными цепями ДНК человека, в результате чего появляются гибридные дуплексы, в которых отдельные участки цепей ДНК мыши обра- зуют лвухцепочечные области с участками цепей ДНК человека.
Спаривание оснований происходит лишь между некоторымн участками цепей ДНК человека и мыши; остальные основания не способны образовывать комплементарные пары. Гибридные дуплексы возникают только при условии, что между ДНК двух разных индов существует некоторое сходство в нуклеотидных последователь. постах. Чем ближе родство двух видов, тем в большей степени их ДНК будут образовывать гибриды. Например, ДНК человека гораздо лучше образует гибриды с ДНК мыши, чем с ДНК дрожжей. Гибрндизационные тесты (рис.
27-15) представляют собой очень эффективное средство изучения многих аспектов биохимической генетики. С их помощью можно не только определять, насколько близки два вида, но и устанавливать связь данной ДНК с какой-нибудь РНК, проводя ДНК-РНК-гибридизацию. Кроме того, гибридизацию применяют для вьщеления и очистки генов и РНК. Если медленно нагревать растворы вирусной или бактериальной ДНК, то их молекулы денатурируют при вполне определенных температурах (рис.
27-16). Переход от натнвного дуплекса ДНК красплетеннойбеспорядочно скрученной денатурированной форме можно обнаружить по увеличению поглощения ультрафиолетового света нли по уменьшению вязкости раствора ДНК. Для каждого вида ДНК характерна своя температура денатурации, называемая «точкой плавления». Чем выше содержание в ДНК пар ат= — С, тем выше точка плавления этой ДНК. Это объясняется тем, что пары Ста С более стабильны и на нх днссоцнацню требуется больше энергии, чем на разрушение пар А=Т; отчасти это обусловлено тем, что пары би=й: соединены тремя водородными связями, а пары А=Т-лишь двумя.
Тщательное опреде- 867 ГЛ. 27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ 100 0 76 00 бб Вяд 1 Вюг 2 1 Смснхеаяее и ахлеждееие дуплексы еиш 1 1'иоридеыа Луалекс ление точки плавления препарата ДНК при фиксированных условиях рН и ионной силы может дать, следовательно, информацию о соотношении пар А=Т и ОшаС в ДНК.
Второе физическое свойство ДНК, обусловленное соотношением пар О==-С и А=Т;это плавучая плотность. Препарат ДНК с более высоким содержанием ОншС-пар обладает чуть большей плотностью, чем ДНК с повышенным содержанием А=Т-пар, Препараты ДНК цеитрифугаруют при высоких скоростях в концентрированном растворе хлористого цезия 1СпС1), плотность которого лежит в том же диапазоне, что и плотность ДНК.
При центрифугировании Рнс. 27-15 Принцип гибрилизацнонного теста. Даа препарата ДНК„аыдемииой из органиэ- моя разных яипоа, нагреяают так, что они полностью денатурируют и их цепи рааходятся. При смешиаанин этих препаратов и медленном охлаждении комплементарные цепи ДНК каж- дого яяда найдут друг друга и будут ренатури- ровать а образояаиием нормальных дуплыгсоа. Если между дяумя ДНК сушестяусг значитель- ная гомолагия по поаледоаателъноати, то яоз- мажно абраэоаанке гибридньгх молекул, прел- стааляюшнх собой чаатичные дуплексы. Чем аы- ше атепень гомологии, тем больше мроятность образаяання гибршюя.
Содержание гибридов я смеси можно измерить разными апособами, я частности с помощью хроматографии или цепт- рифугкромния а градиенте плотности. Обычяо, чтобы упростить процедуру измерения, одну из ДНК метят радиоектпяиым изотопом Рип 27-16. Кринка дснатурапии (плаалеиия1 двух прсцхратоя дНК, Температура, соотмтсгзующая аредкей точке перехода (Т„), назыамтмчкой ия.
П у м ииа т заяисит от рН и концентрация соли, всегда надо коикретизирояать условия ее измареиия. в центрифужной пробирке формируется градиент плотности СаС1 с наибольшей плотностью у дна пробирки. Если поместить в нее ДНК, то она сначала будет перемешаться по направлению ко дну пробирки, но затем в определенном положении остановится и будет держатьаг на плаву. В этом положении она не может ни всплыть, ни осесть, поскольку плотность раствора СзС1 здесь равна ее плотности.
С помощью этого метода, более подробно описанного в гл. 28, можно отделить друг от друга молекулы ДНК, различающиеся по содержанию О=С- пар, поскольку они обладают разной плавучей плотностью. Исходя из плавучей плотности данной ДНК, можно подсчитать соотношение в ней пар О=С и А=Т, В ранних экспериментах было показано, что молекулярная масса ДНК не превышаег 1О 10а; зто соответствует приблизительно 15000 пар оснований. Однако по мере усовершенствования методов выделения нативной ДНК оказалось, что ее молекулярная масса значительно больше. Сегодня мы знаем, что натнвные 8б8 члсть и. мнхлиизмы пнрндлЧИ ГНИНТИЧИСкой информлЦИИ 27.12.
Молекулы вирусной ДНК имеют относительно небольшие размеры Тпблпцп 27-4. ДНК яскоторых бпктсрялльнык вирусов Прпбляяк- тельное чиСло пяр ословяляа Длина чяаклпы, пм Молскуллр- лвя мясая, 10Я Вирус Всс ввруспоа частицы, 1Ос дальтон фХ174 1рсплпквтявпвл формп] Т7 л Т2, Т4 538бч 40000 48000 182000 15 б 20 18 3,4 25 32 120 б 38 50 220 " Паакольяу длл фага фх!74 пзвсаякя полная пукясокпдввя паслсдовятсльпоссь ДНК; прлвадсппвя цифра соответствует точному числу пвр оаповвввй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
