Методичка по мол биологии (там не все)

ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК

В 1953 г. американский генетик Д.Уотсон и английский физик Ф.Крик предложили модель вторичной структуры. Согласно этой модели ДНК по своей пространственной организации представляет собой двойную спираль.

Свое открытие ученые сделали, основываясь на ранее полученных результатах других ученых. Так Э.Чаргафф и более поздние исследователи, изучая нуклеотидный состав ДНК различных видов организмов, сделали следующие выводы:

a)нуклеотидный состав ДНК разных тканей одного и того же вида одинаков;

b)нуклеотидный состав ДНК у разных видов различен;

c)нуклеотидный состав не зависит от возраста и питания;

d)в составе ДНК число остатков аденина всегда равно числу остатков тимина, а число остатков гуанина равно числу остатков цитозина.

Другие ученые Р.Франклин и М.Уилкинс опубликовали рентгенограмму, полученную при рентгеноструктурном анализе ДНК. Метод рентгеноструктурного анализа широко используется при исследовании пространственной организации молекул. Предложенная Уотсоном и Криком двойная спираль ДНК (рис. 1.2) объяснила результаты исследований выше упомянутых ученых.

Ниже представлены параметры двойной спирали ДНК, предложенной Уотсоном и Криком:

a)ДНК состоит из двух цепей, закрученных в правую двойную спираль (рис. 1.2Б.):

b)цепи в молекуле ДНК расположены относительно друг друга антипараллельно (рис. 1.2А.);

c)молекулы азотистых оснований ориентированы перпендикулярно оси двойной спирали;

d)на внешней стороне двойной спирали находятся остатки пентозы и фосфорной кислоты;

e)цепи ДНК (рис. 1.2Б) при закручивании в двойную спираль образуют большую и малую борозды, ширина большой борозды – 2,2 нм, малой – 1,2 нм;

11

f)на один виток спирали приходится 10 нуклеотидных остатков;

g)полный виток спирали имеет длину 3,4 нм;

h)диаметр двойной спирали 1,8 нм;

i)цепи ДНК связаны друг с другом водородными связями, которые образуются между гуанином одной цепи и цитозином другой цепи, или между тимином и аденином, расположенными в разных цепях;

j)между тимином и аденином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три водородные связи (рис. 1.3);

Ц Г

Рис. 1.2. Параметры ДНК

Способность гуанина взаимодействовать в молекуле ДНК только с цитозином, а аденина – только с тимином называют комплементарностью, а основания гуанин и цитозин, аденин и тимин – комплементарными. Согласно принципу комплементарности, последовательность одной цепи будет определять последовательность другой цепи. Всегда против аденина будет находится тимин, а против гуанина – цитозин. Таким образом, цепи ДНК в двойной спирали будут комплементарны друг другу.

12

Двойная спираль стабилизируется также стэкинг – взаимодействиями между основаниями. Основания расположены друг над другом и сближены своими плоскостями. В результате между ними возникают гидрофобные взаимодействия, а также дипольные взаимодействия –связей.

Рис. 1.3. Образование водородных связей между аденином и тимином, гуанином и цитозином в молекуле ДНК

Параметры двойной спирали в зависимости от условий и состава ДНК могут несколько отличатся от той модели, которую предложили Уотсон и Крик. В настоящее время описаны и другие модели ДНК. Тем не менее, во всех предложенных моделях сохраняется принцип комплементарности, и цепи ДНК закручены в двойную спираль.

A-форма ДНК

A-форма ДНК (рис. 1.4) образуется при относительно низкой влажности. Эта структура является правой спиралью. В этой форме ДНК на виток спирали приходится 11 пар оснований. Расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали составляет 2,56 А. Пары оснований наклонены на 20o.

13

выше степень гибридизации, тем ближе родство между анализируемыми видами.

Гибридизация также возможна и между молекулами ДНК и РНК, при условии наличия гомологичных нуклеотидных последовательностей (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Гибридизация между ДНК и РНК

ОРГАНИЗАЦИЯ ДНК ЭУКАРИОТ

Длина молекулы ДНК эукариот многократно превышает размеры клетки. Для обеспечения протекания различных биологических процессов она должна соответствующим образом быть упакована. Существуют несколько уровней ее компактизации.

1.Голая ДНК – представляет собой двойную спираль, ее диаметр равен 1,8 нм:

Такая ДНК обладает сверхчувствительностью к ДНКазам – ферментам, гидролизующим фосфодиэфирные связи.

2. Бусы на ниточке:

18

a)ДНК (около 160 п.н.) делает два витка вокруг нуклеосомы (кора);

b)нуклеосома содержит по две молекулы каждого из гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4, т.е. состоит из восьми молекул;

c)размер ДНК между нуклеосомами (линкерная ДНК) составляет около 60 п.н.

3. 30 нм – хроматиновая фибрилла:

Такая структура формируется в результате взаимодействия гистона Н1 с линкерной ДНК, ее диаметр равен 30 нм.

4. Серия петельных доменов. В формировании такой структуры принимают участие ДНК-связывающие белки, они объединяют в петли 30-нм фибриллы, состоящие из 20000 – 100000 пар нуклеотидов:

5. Метафазная хромосома:

19

Такая структура формируется во время митоза. В хромосоме ДНК наиболее компактна.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РНК

Природные РНК можно разделить на 2 группы: одноцепочечные и двухцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК состоят из двух нитей РНК, комплементарных друг другу. Этот тип РНК встречается в составе некоторых вирусов. По своей организации двухцепочные РНК сходны с ДНК. Они закручены в двойную правую спираль, цепи РНК в них антипаралельны, между комплементарными основаниями образованы водородные связи, углеводнофосфатный скелет расположен снаружи спирали.

Большинство природных РНК являются одноцепочечными. Несмотря на это, в своей структуре они могут иметь фрагменты двойной спирали, чередующиеся с линейными одноцепочечными участками РНК. Фрагменты двойной спирали образованы комплементарными участками РНК, расположенными в пределах одной цепи (рис. 1.8). В некоторых случаях доля двухспиральных участков в РНК может достигать 75 – 90 %.

Рис. 1.8. Двухцепочечные шпильки в молекуле РНК

В двойной спирали РНК встречаются неспаренные азотистые основания и также наряду с уотсон-криковскими парами (АУ и ГЦ) могут присутствовать пары ГУ.

20