Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 15
Текст из файла (страница 15)
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. При этом обеспечиваютсяне только выгодные вандерваальсовы контакты междуатомами,ноивозникаетдополнительнаястабилизация благодаря перекрыванию -орбиталейатомов контактирующих оснований. Стабилизацияосуществляется также за счет благоприятного гидрофобного эффекта, проявляющегося в том, что неполярные основания защищены от непосредственногоконтакта с растворителем.
Напротив, сахарофосфатный остов с его полярными группами и заряженнымиатомами экспонирован, что также стабилизируетструктуру.Полиморфизм ДНК— это способность двойнойспирали принимать различные конформации. Рентгеноструктурные исследования кристаллов полинуклеотидов1 выявили три основных типа структур — А-,В- и Z-формы. В-ДНК— это стандартная уотсон-криковская структура, в которой плоскости пар оснований перпендикулярны оси двойной спирали. В А-ДНКплоскости пар оснований повернуты примерно на 20°от нормали к оси правой двойной спирали. На витокспирали здесь приходятся 11 пар оснований.
А-ДНКобразуется при высушивании волокон В-ДНК. ZДНК — это левая спираль с 12 парами оснований навиток. Буква Z указывает на зигзагообразную формусахарофосфатного остова ДНК в этой форме. Плоскости оснований примерно перпендикулярны оси спирали. В клетке ДНК обычно находится в В-форме, но1Коротких полинуклеотидов, так называемых олигонуклео-тидов. — Прим. ред.отдельные ее участки могут находиться в А-, Z- илидаже в иной конформации1.Определение нуклеотидной последовательностиДНК (секвенирование) теперь не занимает многовремени, и это крупное достижение позволиломолекулярным биологам решить очень важнуюзадачу определения структуры генов (гл.
26—28). Широко применяются два метода секве-нирования:метод химического расщепления Максама и Гилберта иметод обрыва цепи Сэнгера и др. Каждый из нихможетиспользоватьсядлясеквенированияфрагментов ДНК длиной лишь несколько сотен оснований. Поэтому первый этап состоит в расщеплениидлинных цепей (например, целых хромосом) на фрагменты, с которыми можно вести дальнейшую работу.Для этой цели применяют рестрицирующие ферменты.Рестрицирующие ферменты выделены из бактерийи бывают двух типов. При секвенировании используются только ферменты типа II, которые расщепляют(разрезают) двухцепочечную ДНК в местах со специфической последовательностью оснований, обычноимеющей размер 4—6 пар оснований (гл. 30).
Рестрицирующих ферментов очень много, и каждый из нихспецифичен к определенной последовательности оснований. Например, фермент ЕсоR1 из Е. coli разрезает последовательность в местах, обозначенных стрелками:Главная особенность последовательностей оснований, расщепляемых рестрицирующими ферментами,заключается в том, что они, как правило, являютсяпалиндромами: последовательности обеих цепей,прочитываемые от 5'- к З'-концу, оказываются одинаковыми. Такие последовательности обладают осьюсимметрии 2-го порядка, обозначенной на рисункезнаком ♦.В случае метода химического расщепления сначала метят 5`-конец молекулы ДНК радиоактивным'Образование Z-формы, крестообразных и иных структурстимулируется сверхспирализацией ДНК. — Прим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
