Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

вляется их малая зависимость от последовательности нуклеотидов в одной из полинуклеотидных цепей. В случае же некоторых специфических последователь-

ностей возможно образование дру гих спиральных структур. Неко-рые примеры приведены ниже.

Полиаденнловая кислота и дезокспапалог могут образовыват с комплементарной полиуриднлс вой или полидезокситимидилово цепями тройные комплексы, которые входят две полипирим диповые цепи. В плоскости, не пеидикулярной оси спирали, вз имное расположение гетероциклов имеет вид, представленный на рис. 33. Д главные особенности этой структуры состоят в том, что, во-первых, одна ? полипиримидиновых цепей ориентирована параллельно, полиадепнловой, а в вторых, пиримидиновый гетероцшш этой цепи образует не уотсон-криковскне, так называемые хугстиновские водородные связи с участием атома N'7 адепии Аналогичные трехспиральные структуры могут образовывать полигуаппловая две полицитидиловые цепи, однако для этого требуется слабокислая сред поскольку одна из полицитидиловых цепей должна быть протопирована по цитозина. Такие же структуры могут иметь и нерегулярную последовательность нуклеотидов, однако при этом необходимо, чтобы одна цепь была полностью из пуриновых нуклеотидов, а две другие имели комплементарные полипиримидиновые последовательности — одна при параллельной, а другая при антипараллельной ориентации относительно полипурнповон цепи.

Примером структуры еще более высокого порядка может служить при веден и на рис. 34 четырехнитевая структура, образуемая в результате взаимодействия в одной плоскости четырех остатков гуанина. Как видно из приведенной схемы, она может реализоваться либо при взаимодействии четырех параллельно ориентированных нитей, либо при взаимно антипараллелыюй ориентации каждой пары соседних нитей при чередовании сип- и вмтм-копформаций остатков гуапозин (или дезоксигуанозина).

Если на некотором протяжении последовательность нуклеотидов в ДНК пред ставлена чередующимися остатками ГМФ и ЦМФ, то при достаточно высоко концентрации соли она может образовывать левую спираль, получившую назва ние ?-ДНК (см. рйс. 32). В этой структуре сохраняются те же уотсон-крнковские взаимодействия между цитозином и гуанином, однако гуанин в этом случае участвует в стабилизации спирали, находясь в енн-копформации. Структуры рнбозо-фосфатного остова для пуринового и пиримидинового фрагментов у ?-конформа-ции резко отличаются, как видно из данных, приведенных в табл. 3.7. Шаг спирали составляет 4,5 нм, т.е. существенно больше, чем у /f-ДНК. На один виток спирали приходится 12 нуклеотпдпых звеньев в каждой из цепей. Однако вслед ствие резкого отличия в структуре пуринового и пиримидинового нуклеотидо повторяющейся структурной единицей следует считать не моионуклеотид, динуклеотид, т.е. на один виток спирали приходится 6 повторяющихся фрагме тов.

На примере 2-ДНК видно, что при определенных последовательностях пукл тидов в некотором участке ДНК оказывается возможной структура, резко отли

R—N

Рис. 33. Взаимное расположение гетероциклов в тройном комплексе полиадениловой кислоты с двумя цепями полиуридиловой кислоты

Рис. 34. Структура тетрамерной полигуани- Риг- 35- Фр*™еит цепи ДНК с обра,-

щенным поьтором: лрвои кислоты 1

? — в виде линейного дуплекса; 6 — в виде

структур типа креста

ющаяся от ?-формы. По-видимому, возможно и полное нарушение двуспиралыюй структуры в некоторой области при наличии в ней специфических последовательностей нуклеотидов. Одним из наиболее изученных случаев является крестообразная структура, которая может возникать у диупитевой ДНК, если па одной из ее нитей (это автоматически должно выполняться для второй нити) имеется последовательность, способствующая образованию шпильки, т.е. имеющая вслед за некоторой произвольной последовательностью комплементарную обращенную последовательность. Нетрудно убедиться, что это означает наличие в исходной двуспиральной структуре двух идентичных фрагментов, направленных навстречу один другому. Такие пары структур получили название обрищениых поаторои. Как видно из рис. 35, можно представить себе превращение участка с обращенными повторами в две однонитевые шпильки, которые вместе с остальной частью цепи образуют фигуру типа креста.

Если имеется сколь угодно длинная дцусппральпая структура со свободными концами, то она имеет на всем протяжении /j-копформацшо, слегка искаженную тепловым движением, приводящим к изгибанию палочкообразной двойной спирали. Так выглядит ДНК под электронным микроскопом (рис. 30). Если же тем или иным способом один конец ДНК закреплен, то можно представить себе поворот структуры вокруг оси спирали либо по часовой стрелке (положительное направление), либо против часовой стрелки (отрицательное направление). В первом случае произойдет как бы дополнительное закручивание двойной спирали, во втором — частичное раскручивание. Если теперь закрепить второй конец, то Двойная спираль окажется несколько искаженной. В клетках это может происходить, например, в результате прочного взаимодействии концов ДНК с молекулами белка, встроенными в мембранную структуру клетки. В гомогенной системе Наиболее изучена ситуация, когда концы каждой из цепей соединены между

, -г- собой с образованием двух комплементарных свя-

f'stf} ' ' *' -* * '* заиных уотсон-крпковскимп парами циклических

* Ол_^Л * \ "^- 1 С"' молекул. Такие ДНК называют кольцевыми двупп-

·\ ("?'"!^·^,! тевымп ДНК. Вследствие нарушения термодипамп-

^. ^ , * \ ч". \ ')-*¦' чески наиболее выгодной /^-конформации получсп-

, < х, * . \. · · ? л, ная ДНК имеет напряженную пространственную

??^«<·' V '***'·' структуру. Одним из путей, которым можно вернуть

ДИК в более устойчивое состояние, является закру-

Рис 36. Вид ДНК под чивание двойной спирали как целого, т.е. рассмат-эдектронным микроскопом „ ,

1 1 риваемон как единая нить, в спиральную фигуру,

которую в этом случае называют суперсниралъю или саерхспиралыо (рис. 37). При

этом если закручивание проводилось вправо, то должна образоваться левая

суперспираль, а если закручивание происходило влево — правая суперспираль.

Образование суперспирали — не единственный путь релаксации возникшей

напряженной структуры. Столь же эффективно может быть разделение нитей

ДНК на некотором участке, позволяющее принять остальной части ДНК

двуспиральную структуру с геометрическими параметрами Д-формы. Если

двойная спираль была перекручена, то. при наличии па некоторых ее участках

необходимых последовательностей она может образовать иа этих участках левую

?-форму, чем скомпенсировать перекручивание

Двунитевые нуклеиновые кислоты, образование которых из одпонитев

полинуклеотидов связано с существенным упорядочиванием системы и, следо;

тельно, с существенным уменьшением энтропии, устойчивы лишь до определе|

ных температур.

При более высоких температурах они становятся термодинамически пеустой чивыми, происходит расхождение нитей. Этот процесс называют денатурацией или плавлением. Последний термин связан с тем, что переход происходит в узком диапазоне температур и в известной мере напоминает фазовый переход. Среднюю температуру, соответствующую плавлению половины дуплексов, называют температурой плавления. Эта величина зависит от длины взаимодействующих комплементарных последовательностей, причем

растет с ростом длины вплоть до некото- JP^^L рого предельного значения. - Л^^^^Ъя* 7 \

повышение содержания в цепях пар «г- Ч> _J~'t-h

^ Г li

Прочности дуплексов способствует ^ft *L -sr

эвышение содержания в цепях пар -Й^Ц

гуанин — цитозин, поскольку в отличие ? Ж ^

от пар аденин — тимин (или аденин — ? \ 'L >ai>

урацил) они образуют три, а не две во до- § С,

Прочность повышается й> >, <Р* \

урацил) они образуют три, а не две во до- g С, r-^i^

родные связи. Прочность повышается ? >, при увеличении ионной силы раствора, чь. c)v К

поскольку при этом ослабляется дестаби- *t- "\??

~'\

ных ионных атмосфер, окружающих ^k^stf* полианионные цепи нуклеиновых кислот. а 6

Дуплексы, как правило, резко дестабилизируются при добавлении органических Рис. 37 Кольцевая двуспиралыия ДНК растворителей. Поэтому денатурацию она же в виде суперспирали (б)

поскольку при этом ослабляется дестаби- «?. ~г лизирующий эффект электростати чес ко- ^^1<ь wsir^" '^'

го отталкивания положительно заряжен- ^^0??§?$?№' Я <

______ . _ . —

I

можно осуществлять не только повышением температуры, но и добавлением органических растворителей, например формампда.

Образование стопок пар гетероциклов в результате стекинГ-взаимодействий, которое является важным фактором стабилизации двунитевых нуклеиновых кислот, приводит к существенному понижению молярных коэффициентов экстинкции гетероциклов (до 40%) по сравнению со свободными мономерами в области 260 нм. Это явление получило название гипохромного эффекта. Поэтому плавление дуплексов сопровождается эквивалентным возрастанием оптической плотности раствора нуклеиновой кислоты (гиперхромпый эффект). Это позволяет легко наблюдать и регистрировать процесс плавления непосредственно в кювете спектрофотометра. Зависимость оптической плотности раствора двуспи-ральной нуклеиновой кислоты от температуры называют кривой плавления. На рис. 38 приведена кривая плавления для дикого штамма ДНК фага ? (48 ООО пар иуклсотпдо11, среднее содержание G-С'-пар/~50%).

Плавление представляет собой кооперативный процесс, в котором одновременно участвуют достаточно протяженные участки полинуклеотидных цепей, а в случае не слишком длинных фрагментов — целиком обе цепи. Дело в том, что разрушение каждой отдельной взаимодействующей пары гетероциклов Сопровождается существенным ростом энтальпии, порядка 30 — 40 кДж/моль иа каждую пару. В то же время разрушение небольшого числа пар в пределах дуплекса сопровождается незначительным падением уровня упорядоченности и

страница 26
< 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 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2017)