Вторичная структура ДНК

Вторичная структура ДНК — двойная спираль из двух антинараллель- ных нолинуклеотидных цепей.

Модель вторичной структуры ДНК была предложена Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком[1] в 1953 г. Эти ученые обобщили большой объем предыдущих исследований. В частности, они опирались на работы Эрвина Чаргаффа (1905—2002), который с сотрудниками опубликовал сенсационные результаты по установлению химической структуры нуклеиновых кислот. Изучив огромное количество образцов различных органов и тканей у разных организмов, они установили, что в ДНК разных организмов содержится неодинаковое количество азотистых оснований. Например, в состав ДНК, выделенной из ядер клеток человека, входит 30% аденина, 20% гуанина, 30% тимина и 20% цитозина. У бактерий эти цифры значительно отличаются и, к примеру, у Sarcinalutea составляют соответственно 13,37, 13 и 37%. Однако для одного и того же организма соотношение между нуклеотидами постоянно, независимо от того, из клеток каких тканей выделена ДНК. Это значит, что во всех клетках, например, человека, ядерная ДНК будет содержать 30% аденина. Эти закономерности получили название правил Чаргаффа.

  • 1. Количество нуклеотидов с аденином равно количеству нуклеотидов с тимином, а количество нуклеотидов с гуанином равно количеству нуклеотидов с цитозином (Л = Т, Г = Ц).
  • 2. Количество пуриновых нуклеотидов равно количеству пиримидиновых нуклеотидов (А + Г = Т + Ц).
  • 3. Количество оснований с аминогруппами в положении 6 равно количеству оснований с кетогрупиами в положении 6 (А + Ц = Г + Т).В то же время отношение (А + Т)/(Г + Ц) у ДНК разных видов может быть различно. У одних организмов преобладают пары А и Т, у других — Г и Ц.

Главным толчком к установлению вторичной структуры ДНК послужили рентгенограммы волокон ДНК, полученные в 1952 г. Розалин Франклин (1920—1958). При анализе этих снимков ею были сделаны выводы о том, что спираль ДНК состоит из двух нитей, в которых фосфатные группы располагаются снаружи, а основания внутри спирали, что в одном витке укладывается 10 пар нуклеотидов, шаг спирали равен 3,4 нм, а одна нить сдвинута относительно другой по вертикали на 3/8 витка. С помощью рентгеноструктурного анализа был выяснен наружный и внутренний диаметр нитей ДНК.

Сопоставив эти данные с работами Э. Чаргаффа, Д. Уотсон и Ф. Крик сделали абсолютно справедливый вывод о взаимном связывании больших и малых азотистых оснований друг с другом парами, которые называют комплементарными: А-Т и Г-Ц. Установлено, что пара А-Т удерживается двумя водородными связями, а Г-Ц— тремя, как показано на рис. 5.7.

Модель Уотсона и Крика полностью подтверждена последующими исследованиями.

В настоящее время хорошо известны параметры двойной спирали.

  • • Спираль закручена по часовой стрелке.
  • • Цепи являются антипараллельными, т.е. начало одной цепи расположено рядом с концом другой цепи.
  • • Остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты образуют сахаро-фосфатный скелет и расположены на внешней стороне спирали.
  • • Остатки азотистых оснований обеих цепей уложены стопкой внутри спирали так, что плоскости этих оснований перпендикулярны оси.
  • • На каждый виток спирали приходится ровно 10 нуклеотидных пар.
  • • Шаг спирали равен 3,4 нм, а расстояние между отдельными нуклеотидами составляет 0,34 нм.
Образование водородных связей в комплементарных парах нуклеотидов

Рис. 5.7. Образование водородных связей в комплементарных парах нуклеотидов

• Внешний диаметр спирали составляет примерно 2 нм, а внутренний — 1 нм.

Кроме представленной на рис. 5.8 формы ДНК, которую называют В-форма, существует несколько ее разновидностей. В них сохраняется общий план построения вторичной структуры ДНК, но различаются некоторые параметры: угол наклона азотистых оснований к оси спирали, число нуклеотидных остатков в одном витке и т.д.

Вторичная структура ДНК

Рис. 5.8. Вторичная структура ДНК

Источник: URL: http://commons.wikimedia.org

Цени двойной спирали, как и подходящие азотистые основания, называют комплементарными, но информация, записанная на них, различна. Например, для фрагмента 5'-дТдЦдАдГ-3', показанного на рис. 5.6, б, комплементарная последовательность будет записана так: 5'-дЦдТдГдА-3'.

Если известна нуклеотидная последовательность однй цени, всегда можно определить последовательность другой.

  • [1] Ф. Крик, Д. Уотсон, М. Уилкинс — лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 г. «За открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислоти их значения для передачи информации в живых системах».
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >