Учебно-методический комплекс дисциплины «Нуклеиновые кислоты»

жүктеу 7,52 Mb. бет 14/117 Дата 28.09.2023 өлшемі 7,52 Mb. #43588 түрі Учебно-методический комплекс

СЕМЕЙСТВО В-ДНК В-ДНК В-ДНК вместе с родственными формами входит в В-семейство двойных спиралей. Спираль В-ДНК является правой, на каждый виток приходится около 10 пар оснований, и расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали составляет ~3,4 Å. Шаг спирали – 34 Å, диаметр молекулы равен 20 Å (1,8 нм). Пары оснований почти перпендикулярны оси спирали, угол наклона пар составляет около 6, а угол спирального вращения – 36. Пары оснований расположены на оси спирали (смещение от оси около -0,2 Å). Так как ось спирали проходит через пары, желобки менее выражены, чем в A-ДНК. В В-ДНК главный желобок шире и несколько глубже, чем минорный. Ширина составляет 12 и 6 Å, а глубина 8,5 и 7,5 Å для большого и малого желобков, соответственно. Больший размер главного желобка в В-ДНК делает его более доступным для взаимодействия с белками, специфически узнающими ДНК. У B-семейства ДНК фуранозные кольца имеют конформацию С2'-эндо (или близкую ей С3'-экзо), расстояние между соседними фосфатами до 7 Å, а угол, описывающий вращение вокруг гликозидной связи С1'-N, оказывается в диапазоне -90–(-120), т.е. основание и сахар находятся в анти-конформации (таблица 2.1). ДНК в водных растворах и в волокнах при высокой влажности находится в В-форме. Считается, что именно эта форма отвечает состоянию нативной ДНК в клетке. При дегидратации происходит переход В-ДНК в A-форму. C-ДНК При определенных условиях (достаточно низкая относительная влажность, высокая концентрация соли) природные ДНК и синтетические полинуклеотиды с определенной последовательностью могут переходить в С-форму. Структура С-ДНК имеет сходство с В-ДНК. Шаг двойной спирали С-ДНК равен 30,9 Å, и число пар оснований на виток составляет 9,33, структурный мотив повторяется через каждые три витка, т.е. через 28 пар оснований. В этой нецелочисленной спирали С-ДНК дезоксирибоза находится в С3'-экзо (или практически эквивалентной ей С2'-эндо) конформации, как в В-ДНК. Пары оснований наклонены на -8 относительно перпендикуляра к оси спирали, поэтому расстояние между нуклеотидами вдоль оси несколько меньше, чем в В-ДНК. Ось С-ДНК проходит через минорный желобок двойной спирали. Желобки близки по размерам к желобкам В-ДНК, но при этом главный желобок несколько мельче, а минорный желобок – глубже. D-ДНК Спираль D-ДНК закручена сильнее, чем В-ДНК. На каждый виток приходится всего 8 пар оснований, при этом высота витка равна 24,3 Å. Угол спирального вращения в D-ДНК равен 45, а расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали – 3,03 Å. Диаметр спирали равен 21 Å, а угол наклона пары относительно перпендикулярной к оси плоскости составляет -16. Ось спирали проходит через минорный желобок. Главный желобок более мелкий по сравнению с В- и С-ДНК, а минорный – очень глубокий и узкий (ширина минорного желобка D-ДНК – 1,3 Å, главного – 8,9 Å; глубина минорного желобка – 6,7 Å, главного – 5,8 Å). Из-за этого фосфатные и карбонильные группы противоположных цепей подходят друг к другу настолько близко, что у молекул воды и катионов появляется возможность образовывать поперечные сшивки и тем самым стабилизировать конформацию D-ДНК. В D-ДНК, как и в других двойных спиралях В-семейства, фуранозные кольца находятся в конформации С3'-экзо. Природные ДНК не образуют двойных спиралей D-типа. Исключение составляют АТ-богатые участки в ДНК с чередующимися последовательностями и ДНК фага Т2, которую отличает высокая степень модификации. Примерами синтетических полинуклеотидов, находящихся в D-форме являются: poly(dA–dT)•poly(dA–dT); poly(dI–dC)•poly(dI–dC) при относительной влажности 75% и poly(dA–dA–dT)•poly(dA–dT–dT) и poly(dA–dI–dT)•poly(dA–dC–dT) при 66% влажности и натрии в качестве противоиона. T-ДНК ДНК фага Т2 – единственная из известных природных ДНК, образующая двойную спираль D-типа. В этой ДНК вместо цитозина содержится 5-гидроксиметилцитозин, кроме того, она глюкозилирована более чем на 70%. Конформационные параметры ДНК фага Т2 (Т-ДНК) близки к таковым для D-ДНК. В ДНК фага Т2 на виток спирали приходится восемь нуклеотидов. Шаг спирали – 27,2 Å, расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали – 3,4 Å. Угол спирального вращения – 45. Для Т-ДНК характерен лишь небольшой отрицательный наклон пар -6, что существенно меньше величины -16, свойственной D-ДНК. Сахар находится в С2'-эндо (или С3'-экзо)-конформации. Пары смещены вдоль спирали Т2-ДНК на -1,43 Å (для D-ДНК -1,8 Å), т.е. в сторону минорного желобка. В результате у спирали ДНК Т2 минорный желобок глубокий и узкий, а главный желобок – мелкий и широкий. В волокнах при относительной влажности выше 95% Т-ДНК находится в В-форме. Число нуклеотидов на виток равно 10. По мере уменьшения влажности число пар оснований на виток постепенно уменьшается, и при относительной влажности 60% образуется спираль с восемью парами оснований на виток. Из того факта, что В–Т-переход осуществляется постепенно, можно заключить, что закручивание спирали не сопряжено с преодолением какого бы то ни было энергетического барьера и параметры спирали ДНК фага Т2 плавно меняются в широком диапазоне значений относительной влажности. Напротив, у обычных ДНК В–А-переход осуществляется скачкообразно. Это указывает на наличие энергетического барьера между состояниями с конформациями сахара С3'-экзо и С3'-эндо. Z-ДНК В отличие от A- и B-ДНК, Z-форма – левоспиральная конформация ДНК. Z-форма ДНК была открыта в 1979 г. А. Ричем (A. Rich) и соавторами при исследовании структуры гексануклеотида d(CG)3. Левая двойная спираль Z-ДНК образуется, если poly(dG-dC) поместить в водный раствор с высокой концентрацией MgCl2, NaCl или спирта. У этой спирали сохраняется уотсон-криковское спаривание оснований, однако в паре G-C сахар у гуанозина находится в С3'-эндо-конформации, основание – в син-конформации, тогда как для цитидина соответствующие параметры – это С2'-эндо и анти-конформации. Угол спирального вращения (т.е. угол поворота пары относительно соседней вокруг оси спирали) для Z-ДНК равен -9 или -51, в зависимости от того, какой из контактов, анти-син или син-анти, реализуется в данном месте. Повторяющейся единицей этой спирали является не пара нуклеотидов, а две соседние пары. В каждой из комплементарных нитей Z-ДНК происходит чередование син- и анти-конформаций нуклеотидных звеньев, а в каждой паре оснований одно всегда находится в син-конформации относительно гликозидной связи, другое – в анти-конформации. На виток Z-спирали приходится 12 пар оснований, или шесть повторяющихся динуклеотидных фрагментов. Шаг спирали составляет 4,5 нм, что существенно больше, чем у B-ДНК. У левых двойных спиралей имеется только минорный желобок, через который проходит ось спирали. Он узкий и глубокий и с двух сторон ограничен фосфатными группами. Область главного желобка заполнена атомами С5 цитидина и N7, С8 гуанина. В левозакрученной Z-ДНК фосфодиэфирный остов располагается вдоль оси молекулы зигзагообразно. Такая зигзагообразная форма определяется тем, что в отличие от большинства правых комплементарных двойных спиралей ДНК и РНК «фосфатный радиус» Z-спирали меняется, принимая попеременно два разных значения. Расстояние до оси спирали для фосфата у d(CpG) оказывается меньше (около 6,2 Å), чем у фосфата d(GpC) (около 7,6 Å). Соседние сахара направлены в противоположные стороны, линия, последовательно соединяющая атомы фосфора в цепи, перестает быть гладкой, как в двойных спиралях с эквивалентными нуклеотидами, и приобретает зигзагообразный вид. Отсюда происходит и название Z-ДНК. Z-форму стабилизируют спермин, двухвалентные катионы и введение определенных химических модификаций. Биологическое значение Z- ДНК пока неясно. Она обнаружена в хромосомах дрозофилы и, возможно, участвует в регуляции суперспирализации Таблица 2.1 жүктеу 7,52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:

©g.engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз