Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Отсутствие буквы «д» соотвегетвуег наличию 2«ОН-группы. Длл обпзввчеиие кухлелловых хиелот приветы следующие обозначения: Часть 1, Природа генетической информации ИН, Еесфятный ОстОВ ся»аео Если разорвать ДНК или РНК на отдельные нуклеотиды, разрыв может произойти с любого конца фосфодиэфирной связи. В зависимости от обстоятельств фосфатная группа может остаться присоединенной либо с 5'э либо с 3'-конца пентозы (рис. 2.6). Фрагмент нуклеиновой кислоты, состоящий из сахара и основания, называют нукдеозидом.
Соответственно от нуклеиновой кислоты можно отделить два типа нуклеозидов: нуклеозид-3'-монофосфат и нуклеозид-5дмонофосфат, Все нуклеозиды могут быть связаны более чем с одной фосфатной группой в 5'-положении, Пример показан на рис. 2.6. Связи между первой (и) и второй (б), а также между второй ((1) и третьей (7) фосфатными группами высокоэнергетические (богаты энергией) и служат источником энергии для различных клеточных процессов.
Нуклеозидтрифосфаты — это те соединения, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты. ДНК-двойная спираль Открытие двойной спирали было одним из наиболее волнующих событий в молекулярной биологии. Две группы фактов легли в основу модели ДНК, построенной Уотсоном и Криком (%а1яоп, Снс1с) в 1953 г. Ряс. 25. Полииукдеотиддая цепь состоит из ряда (5сз')-сахарофосфатяых связей, образующих остов молекулы, к которому присоединяются азотистые основания. Во-первых, данные рентгеноструктурного анализа показали, что ДНК имеет форму регулярной спирали, делающей полный оборот каждые 34 А, с диаметром около 20 А.
Поскодьку расстояние между соседними нуклеотидами составляло 3,4 А, то в одном витке должно быть 1О нуклеотидов. Плотность ДНК свидетельствовала о том, что спираль должна состоять из двух полинуклеотидных цепей. Постоянный диаметр спирали можно было бы объяснить тем, что в каждой цепи основания направлены внутрь спирали, причем расположены так, что пурин всегла находится против пиримидина, обеспечивая ситуацию, при которой не может возникнуть контакта пурин †пур (слишком широко) или пиримидин — пиримидин (слишком узко).
Во-вторых, критическую роль сыграло предшествовавшее наблюдение Чаргаффа о том, что независимо от действительного количества каждого основания относительное содержание О всегда было равно относительному содержанию С, а содержание А — содержанию Т. (Таким образом, любая ДНК может быть охарактеризована по ее составу как отношение (О+ С)/(А+ Т), которое, варьируя от 26 до 74%, остается характерным для каждоз.о вида.) Часть 1.
Природа генетической информации б -Фасфат н ив сн -о группа Тимин — н о- Гуан» Цитазии сн, -о — н Цигазии Гуаиим сна ' н с Тими» гг б .аыфаг Пары езотмстык асиавенмй. обрезании ые вааороан«ми связями Э Гиароксммьиа» группа Девжсмрибазафогфатмый астае дезаксирибазафасфетньф остов Рис. у.й Двойная спираль имеет постоянную ширину, посколь- ку пурины всегда расположены против пиримидинов, образуя специфические пары оснований Ст — С и А — Т. Сахарофосфатный остов расположен снаружи н заряжен отрицательно. Оснопання повернуты внутрь спирали н располагаются стопкой, друг над другом. Левая цепь сверху вниз имеет направление 5с33 а пра- вая-Зс55 Рисунок схематичен, н закручивание двух цепей в спираль нс показано.
2, Что такое ген? Биохимическая точка зрения 29 фнчности спаривания вытекает, что каждая пепь может служи~ь матрицей для синтеза комплементарной цепи (рис. 2ДО). Такой механизм был назван полукоисервативиым синтезом (см. гл. 31). Таким образом. информация, необходимая для воспроизведения послсдовательности ДНК, заложена в ее структуре. Об альтернативных двусниральных структурах Рассмотренную структуру ДНК обычно считают одним из несомненных фактов молекулярной биологии. Но недавно стало очевидным, что некоторые параметры классической В-формы нужно пересмотреть и даже что ДНК может образовывать другие типы двуспиральных структур. Проблема определения точных значений параметров двойной спирали связана с тем, что все первоначальные значения были получены при изучении дифракции рентгеновских лучей на волокнах ДНК. По этим данным установлены основные характеристики, такие, как число пар оснований на виток, расстояние между соседними парами вдоль оси спирали.
Однако этим методом нельзя определить положения отдельных атомов, как это делают, используя рентгеиоструктурный анализ. Поэтому модель уточняют, согласуя расчетную кар~пну дифракцин рентгеновских лучей с экспериментальными данными. Теоретически на основе одних и тех же данных всегда можно построить разные модели. Дело в том, что модель удовлетворяет усредненным данным и, следовательно, в определенных областях структуры возможны вариации. Например, до сих пор мы говорили о ДНК как о длинной, жесткой двойной спирали. но мы знаем, что в действительности она должна быть свернута и плотно уложена, ддя того чтобы уместиться в клетке.
При этом детали ее структуры могут изменяться. Сейчас по крайней мере кажется, что двухцепочечная ДНК -всегда двойная спираль. Однако была предложена и другая модель, хорошо согласуюшаяся с данными дифракции рентгеновских лучей. Согласно этой модели, две антипараллельные цепи ДНК также соединяются путем комплементарного спаривания оснований, но лежат нбок о бокгч вместо того чтобы закручиваться в непрерывную двойную спираль.
Существование ДНК в виде двойной спирали было подтверждено экспериментами, в которых прямо измеряли число пар оснований на виток. Оказалось, что их 10,4 вместо 10,0, предсказанных классической В-моделью. Это различие вызвало необходимость несколько изменить угол вращения между соседними парами оснований вдоль спирали до 34,6, так что отрезок спирали, в пределах которого совершается полный виток на 360*, стал несколько длиннее. Особенно важно, что значение 10,4 является средним для ДНК как целой молекулы при определенных условиях. Изменение условий или даже последовательности отдельных оснований может привести к большему или меньшему закручиванию спиральной структуры в соответствующих участках.
Действительно, методом рентгеносгруктурного анализа было показано, что молекула, состоящая из 12 пар оснований, содержит 10,1 пары оснований на виток, что обеспечивается слабым сдвигом каждой пары оснований, при котором улучшаются межплоскостные (стэкинг] взаимодействия между основаниями, по сравнению с первоначальной моделью. рне '.ч Две пенн ДНК образуюз двойную спираль. Рвотогрефне любезно предстпвлене Меппее ЗПДХ1пе) Ввиду таких вариаций идея о существовании единственной структуры двуспиральной ДНК сменилась представлением, допускающим наличие семейства структур, каждая из которых имеет характерный тип, но проявляет различия по главным параметрам и (число нуклеотидов на виток) и (г (расстояние между соседними повторяюшимися элементами). Вариации обусловлены изменением вращения отдельных групп вокруг связей, обладаюших свободой вращения.
В пределах каждого семейства структур параметры могут слабо варьировать. Например, ддя В-ДНК значение н может составлять от 10,0 до 10,6. В течение долгого времени были известны три структурные формы ДНК, способные к взаимопреврашениям при изменении соответствуюших условий. Обшие свойства этих форм суммированы в табл. 2.1. В-форма спирали, для которой Уотсон и Крик построили свою модель, характерна ддя волокон ДНК при очень высокой относительной влажности (92г,') и в растворах низкой ионной силы.
Считают, что именно в такой форме ДНК обычно находится в живой клетке, А-форма обнаружена в волокнах ДНК при 75~„' влажности и нуждается в присутствии ионов натрия, калия или цезия, несущих противоположный заряд. Основания, располагавшиеся строго перпендикулярно оси спирали в В-форме, в А-форме наклонены по отношению к оси спирали, и их число на виток больше. А-форма интересна с биологической точки зрения, так как ее конформация, очевидно, близка к структуре гибридов ДНК вЂ” РНК и дву- Часть 1. Природа генетической информации 30 Роднтеяьсквя явухцепсчечная ДНК й~ « ф Щ, Л и х Рспяяквцяонпую аньку 2 « ~* с -------- и с старая цепь днк Но ые це н дНК Старая цепь днк спиральных участков РНК (обсуждается далее).
Причина этого заключается в том, что 2сгидроксильная группа мешает РНК принять В-форму. С-фаржа образуется, когда ДНК находится при 66",т„' влажности в присутствии ионов лития. У нее меньше пар оснований на виток, чем у В-ДНК. В этих трех формах могут находиться все ДНК независимо от нх нуклеотидной последовательности. Слелующне формы характерны только для молекул ДНК с определенными особенностями в составе пар оснований. Вфарма и Е-фарма (возможно, крайние варианты Рис.
2.Ю. В специфическом спарнванин оснований заключен механизм для репликации ДНК. В верхней части рисунка показана исходная «родитеаьсхаяв двухцепочсчпая структура В нижней части изображены две дочерние двухцепочечные структуры, образуюгцисся путем компнементарного спаривания оснований. Две родительские цепи раздслилнсь, и каждая была использована в качеСтвс матрицы дкя синтеза комплементарной цепи. Каждая дочерняя двухцспочечная структура идентична по своей последовательности нсхолной родительской н содержит одну родительскую цепь, а другую новосинтезированную. Такой способ репликации называют полуконсервативным. олной и той же формы) имеют наименьшее число пар на виток (8 и 7,5) и обнаружены только в определенных молекулах ДНК, не содержащих гуанина.
л,-форма представляет собой наиболее резкий контраст с классическим структурным семейством. Эта форма левоспцральная, тогда как все остальные — правагппральные. Она имеет наибольшее число пар на виток, т.е. менее скрученная и более тонкая. Свое название форма получила из-за зигзагообразной (лгдлад) линии, которую образует.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
