Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

иральные структуры. Такая ситуация не является совершенно необычной, поскольку структурный белок коллаген существует в виде тройной спирали: трех полнпептидных цепей, закрученных одна вокруг другой и удерживаемых вместе водородными связями между цепями. Две цепи ДНК, РНК или так называемого

|—2,8 А-|Н

Н3С^ О-И—N

С—С ЧН°Н С—Чс-н

Н—С N—Н-N С—N

\ / \ / \

/*~\ сахар

caxap О Н

тимин аЭенин

Нч|—2,9 А—| Н N—II........О м

. / С\\Н.оАН/С С\\ f Н

Н—С N........Н—N С—N

\ / \ / \

/n-4m,9AH/c=n CQXaP

сахар О........Н—N

Н

цитозин гуанин

Рис. 3.3. Водородные связи, образующиеся между пурнновыми и пиримидино-выми основаниями двутяжевой ДНК. Аденин всегда образует пару с тимином,

а гуанин — с цитозином.

ДНК-РНК-гибрида также удерживаются вместе водородными связями. Водородные связи возникают между пуриновымп и пири-мидиновыми основаниями двух цепей очень специфическим образом. Другими словами, основания одной цепи совмещены с основаниями второй цени таким образом, что пуриновое основание всегда связано водородными связями с пиримидиновым основанием и наоборот. Говоря более точно, аденин и тимин (урацил) способны связываться друг с другом двумя водородными мостиками, образуя пару. Точно так же спариваются гуанин и цитозин, способные образовать три водородные связи друг с другом. Такое специфическое образование водородных связей (уотсон-криковские пары) важно при репликации, так как две цепи

Биоорганическая химия фосфатов

115

комплементарны друг другу* (рис. 3.3). Этот процесс обсуждается позднее, в разделе, посвященном биосинтезу фосфоднэфнр-ной связи.

Геометрия гликозидной связи С—N такова, что планарный |(5/э2-гибридизацня) пурин или пиримидин направлен под углом, близким к прямому, к почти плоскому сахарному кольцу (рис. 3.4), благодаря чему основания в двойной спирали способны образовывать «стопочную» структуру, так что между основаниями возникают гидрофобные взаимодействия, дополнительно стабилизирующие спираль.

Опять-таки, сахарное кольцо можно приблизительно рассматривать как плоское, или, более точно, имеющее форму [«полукресла», в котором С-2' [и С-3' выведены из плоскости, проходящей через фураноз-ный атом кислорода и С-Г и С-4'. Атомы С-1' и С-4' могут находиться в одной плоскости с фуранозным кислородом, поскольку несвязываю-щие электронные орбитали последнего слабо взаимодействуют с ними.

I Двойная спираль ДНК состоит из двух цепей ДНК, заверну-кых одна вокруг другой, так что на один виток спирали приходится десять оснований, образующих стопочную структуру [18, Л9]. Такое строение аналогично строению белковых молекул: ядро ДНК имеет гидрофобную природу, тогда как фосфодиэфир-ный остов обращен наружу к растворителю. Разумеется, в процессе синтеза ДНК необходимо распутать (расплести) эти цепи, так чтобы участок молекулы, содержащий необходимую генетическую информацию, стал доступен. Цепи двойной спирали «анти-параллельны»: направлены в противоположные стороны. Другими словами, на каждом конце двойной спирали находятся |3'-гидроксильная группа одной цепи и 5'-фосфатная группа другой цепи. Цепи, образующие двойную спираль, имеют значительную длину. Например, молекулярная масса ДНК фага Т2 равна 3,2-107, тогда как в Е. coli (бактерия, хромосома которой состоит

Рис. 3.4. Пространственное расположение фуранозного кольца и основания (аденин) относительно гликозидной связи.

I * Следует отметить, что иуклеотнды потенциально способны образовывать Ьаздо больше водородных связей, чем только классические уотсон-крнковские пары Многие такие связи обнаружены в синтетических полннуклеотидах. Однако неуотсои-криковское спаривание и водородные связи с участием сахарофос-'фатного остова играют важную роль в организации структуры тРНК.

116

Глава 3

из одной молекулы ДНК) молекулярная масса ДНК составляет 2,0-109. Двухцепочечная структура—наиболее распространенная форма записи в ДНК генетической информации. Исключение составляет одноцепочечная ДНК фага 0X174 (который поражает Е. coli).

Полинуклеотиды, подобно их мономерным единицам, поглощают ультрафиолетовое излучение. Для них характерно явление гипохромизма: раствор полинуклеотида имеет меньшую оптическую плотность, чем эквимолярный раствор мономерных единиц.

Двухцепочечные полинуклеотиды

Гобладают еще меньшим поглощением, чем одноцепочечные. Это явление просто отражает тот факт, что, чем более упорядочение расположены основания в растворе (т. е. чем в большей сте-

---j пени они способны участвовать

j в кооперативных взаимодей-

40 so 60 70 во 90 loo ствиях), тем меньше наблюдае-ТЕмлератира "С мый коэффициент экстинкции.

к ' Это позволяет наблюдать за ко-

Рнс 3.5. Кривая плавления ДНК. оперативным расплетанием (разрывом водородных связей), которое происходит при нагревании двухцепочечных полинуклеотидов, при помощи «кривых плавления» (экспериментально наблюдают зависимость поглощения от температуры; рис. 3.5). Середина интервала, в котором происходит переход к одноцепочечным по-линуклеотидам, называется температурой плавления (Тпл). Тпл зависит от соотношения содержания пар гуанин — цитозин к содержанию пар аденин — тимин, поскольку первая пара более устойчива.

Хотя тРНК содержит значительное количество двуспиральных участков, структура ее существенно отличается от структуры двуспиральной ДНК или гибрида ДНК — РНК. Молекулярная масса тРНК (~ 25 000) значительно ниже, чем у других полинуклеотидов; она обладает структурой «клеверного листа» [20], содержащей в заметной доле одноцепочечные участки. Четыре «руки» молекулы образуют два двуспиральных участка, направленных друг к другу под углом 90°, а трехмерная структура по форме напоминает букву L [21].

Кратко уже указывалось, что все молекулы тРНК имеют сходную структуру, прежде всего одинаковую тринуклеотидную последовательность на конце молекулы, содержащем З'-гидрок-сильную группу (цитидин-цитидин-аденозин). Аминокислота образует сложный эфир с 3'(2'-)-гидроксильной группой этого остатка аденозина. На противоположном конце молекулы тРНК (петля) находится нуклеотидный триплет, который служит уча-

Виоорганическая химия фосфатов

117

стком узнавания для связывания с мРНК на поверхности рибосомы. Эта нуклеотидная последовательность различается во всех мнноацил-тРНК- Отсюда следует, что если триплет нуклеотидов составе мРНК (синтезируемой в соответствии с генетической нформациен, содержащейся в ДНК) имеет последовательность, омплементарную триплету нуклеотидов tPHKi то произойдет вязыванне. Под комплементарностью здесь понимают образова-ие водородных связей, как это было описано для двухцепочеч-ых ДНК: аденин с урацилом и гуанин с цитозином. Триплетная последовательность, кодирующая специфическую аминоацил-тРНК и, следовательно, специфическую аминокислоту белка, на молекуле мРНК, называется кодоном, комплементарный триплет в молекуле тРНК — антикодоном. Почти все молекулы тРНК содержат одну и ту же последовательность гуанозин-тимидин-псев-доуридин-цнтидин, которая служит местом связывания с рибосомой.

3.2.3. Фосфаты

Ранее уже говорилось о важной роли фосфатной группы в ДНК и РНК- Она служит составляющей частью молекулярного «остова», а также связующим звеном между мономерными единицами. Фосфатная группа обладает важными связывающими свойствами и способна принимать участие в сильных (электростатических) связывающих взаимодействиях с катионами металлов и аминов.

Свободный неорганический фосфат можно представить как тетраэдрическую структуру с тремя отрицательными зарядами, распределенными между четырьмя атомами кислорода. Связывание соответствующих лигандов локализует эти заряды. Тетра-[ эдрическую структуру, равномерное распределение электронной [ плотности (по атомам кислорода) и значе- Qie ния рКа при диссоциации протонов фосфор- |* ной кислоты (для Н3Р04 рК\=2,\; р/С2 = 1=7,2; р/Сз = 12,3) можно рассматривать как следствие электростатического отталкн-

109.5°

'вания между тремя зарядами анионной ча- %еОУ стицы. В этом случае фосфорильную группу зеп (Р=0) нельзя локализовать в составе * °* фосфатов или фосфорорганических соеди- Структура неорганнче-нений, так как п-электроны могут мигриро- ского фосфата (PO? вать между двумя или большим числом или Pi),

атомов кислорода. Это явление сходно

|с делокализацией электронной плотности карбонильной группы 1по двум атомам кислорода в карбоновых кислотах, для которых также необходимо получить сложный эфир, чтобы локализовать карбонильную группу. Как далее показано, производные

118

Глава 3

карбоновых кнслог и фосфорной кислоты во многих отношениях имеют похожие свойства.

Эелокализация Эелокйлизация электронов карбонильной электронов карбонильной г,ррпы возможна гриппы невозможна

Со jo

CH3_cf зтериФикоиияГН_с^

XOeNa® (сн^Т) ХС—R

СН3-

ацетат натрия

*° 0

СНзО-Р^Ма®»^ сНзО-P-OR

"1

eNa®

сн3о—р=о

.4

СН.

Эиметилфосфат натрия

Однако в фосфорильной группе отсутствует я-связь между двумя р-орбиталями, как это имеет место в карбонильной группе. Фосфорильная я-связь образуется при перекрывании р-орбита-лен атома кислорода и d-орбитали атома фосфора. Такая связь — это гибридная связь, даже если она локализована, что можно видеть на примере трифенилфосфнноксида:

в е

(Ph)3P=0~(Ph),P О (шшАная форма)

Двойной связи в фосфорильной группе присущи в большей мере характерные для нее свойства, однако илидная форма также накладывает свой отпечаток.

Фосфатная группа легко образует ряд ковалентных соединений: от простых эфиров (триметил- или триэтилфосфаты) до сложных макромолекул (ДНК или РНК)- Многие из этих соединений важны в биологическом отношении, и их роль никак не связана со структурой ДНК и РНК. Действительно, точно так же, как ряд аминокислот не обязательно входит в состав белков

Биоорганическая химия фосфатов

119

для выполнения определенных биологических функций, многие ,мономерные нуклеотиды также играют важную биологическую |Роль. В качестве примеров привед

страница 20
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(19.10.2017)