Физико-химические свойства ДНК
ДНК является обязательным компонентом всех живых клеток, а также некоторых вирусов и бактериофагов. ДНК про- и эукариот различаются как по молекулярной массе, так и по локализации в клетке. В клетке прокариот практически вся ДНК присутствует в виде одной макромолекулы и локализована в области нуклеоида. Молекулярная масса ДНК превышает 2•109 D. Имеется и внехромосомная плазмидная ДНК с молекулярной массой 1•106 – 75•106 D. Клетки эукариот имеют окруженное мембраной ядро, в котором находятся несколько или много хромосом. Основная часть ДНК сосредоточена в хромосомах и связана с белками. Молекулярная масса эукариотической ДНК выше молекулярной массы ДНК прокариот. Помимо хромосомной ДНК в цитоплазме эукариотической клетки в небольшом количестве содержится митохондриальная ДНК, а в клетках растений обнаружена и хлоропластная ДНК. Молекулярная масса ДНК клеточных органелл гораздо меньше по сравнению с хромосомной ДНК. ДНК многих вирусов и бактериофагов различаются и по молекулярной массе, и по структуре. Одноцепочечная ДНК фага φX 174 представляет собой полинуклеотидную цепь с молекулярной массой 1,7•106 D. ДНК вируса SV40 является двухцепочечной молекулой с молекулярной массой 3•106 D, а ДНК фага λ на порядок больше по молекулярной массе.
Молекулярная масса ДНК определяется рядом методов, в том числе:
а) ультрацентрифугированием в градиенте CsCl (ММ от 200000 до 109);
б) по вязкости растворов (ММ > 109), поскольку при центрифугировании такие длинные молекулы разрываются под действием собственного веса.
ДНК нерастворима в неполярных растворителях. Благодаря заряду фосфатных групп ДНК имеет отрицательный заряд. Обычно ДНК (и РНК) существуют в виде натриевых солей.
Для полимерных молекул нуклеиновых кислот характерны многие реакции, присущие ее мономерным единицам. Реакционная способность остатков гетероциклических оснований, N-гликозидных связей, остатков углеводов, концевых фосфатных групп в основном та же, что и в нуклеотида. Появление в структуре нуклеиновых кислот межнуклеотидных фосфатных групп придает им новые свойства. Особые черты реакционной способности связаны с полимерной природой нуклеиновых кислот, а также с их пространственной структурой.
Особое место среди реакций, характерных для нуклеиновых кислот, занимают реакции, приводящие к разрыву фосфодиэфирных межнуклеотидных связей. Устойчивость межнуклеотидных связей в ДНК и РНК резко различается. Это связано с наличием или отсутствием гидроксильной группы у атома углерода С2, соседнего с межнуклеотидным узлом. Межнуклеотидные связи в ДНК устойчивы как в кислой, так и в щелочной среде. В кислой среде они расщепляются лишь при pH<3. В РНК межнуклеотидные связи значительно менее устойчивы. На скорость гидролиза значительное влияние оказывает природа нуклеотидных звеньев. Это связано с наличием межплоскостных взаимодействий, а также наличием заряженных групп в гетероциклах. Щелочной гидролиз РНК до мононуклеотидов проводят обычно 0,2 н. раствором KOH при 37°С в течение 20 часов. ДНК в аналогичных условиях не расщепляется. На скорость гидролиза влияют присутствие ионов металлов, pH среды, температура и ионная сила. Заметное влияние оказывает и нуклеотидный состав РНК. Пуриновые полинуклеотиды гидролизуются медленнее пиримидиновых. Медленнее расщепляются РНК, обладающие более прочной вторичной структурой.
В клетках живых организмов молекулы нуклеиновых кислот расщепляются при участии специфических ферментов. Нуклеазы катализируют гидролиз межнуклеотидных связей в молекулах ДНК и РНК. Различают эндонуклеазы, разрывающие внутренние межнуклеотидные связи нуклеиновых кислот с образованием олигонуклеотидов, и экзонуклеазы, катализирующие гидролитическое отщепление концевых мононуклеотидов от ДНК, РНК или олигонуклеотидов. К настоящему времени открыты группы нуклеаз, катализирующие распад ДНК и РНК, обладающие разной специфичностью и механизмом действия.
Имеются ферменты, катализирующие распад нуклеиновых кислот посредством трансферазной реакции. Они катализируют перенос остатка фосфорной кислоты от 5'- углеродного атома рибозы одного мононуклеотида к 2'- углеродному атому соседнего мононуклеотида, сопровождающийся разрывом межнуклеотидной связи и образованием фосфодиэфирной связи между 2'- и 3'- углеродными атомами рибозы одного и того же мононуклеотида.
Полинуклеотидфосфорилаза переносит нуклеотидные остатки с РНК на неорганический фосфат, при этом образуется рибонуклеозиддифосфат:
РНК + H3PO4 РНК(n-1) + НДФ
Предполагают, что in vivo этот фермент катализирует распад клеточных РНК, преимущественно мРНК, до нуклеозиддифосфатов.
К ферментам, осуществляющим распад нуклеиновых кислот не по гидролитическому пути, относятся и ДНК-гликозидазы. Они участвуют в реакциях отщепления модифицированных пуриновых и пиримидиновых оснований (например, урацила, образующегося при дезаминировании остатка цитозина в одной из цепей ДНК). ДНК-гликозидазы выполняют важную функцию в процессах репарации ДНК.
Достарыңызбен бөлісу: |
