Модели водородных связей для нуклеотидов

На основании рентгеноструктурного анализа и ранее полученных данных о строении нуклеотидов и нуклеиновых кислот Уотсон и Крик предложили для ДНК структурную модель, согласно которой макромолекула ДНК имеет форму спирали, причем в спираль закручены одновременно две молекулы ДНК (двухцепочечная спиральная структура). Эта двойная спираль имеет одну общую ось и построена так, что основания обеих цепей расположены внутри спирали, а углеводные остатки с фосфатными группами — снаружи спирали (рис. 51, 52). При этом основания одной молекулярной цепи с основаниями другой цепи образуют строго фиксированные пары, соединенные друг с другом водородными связями. Симметричное построение спирали требует постоянства межспиральных расстояний, а это возможно лишь в том случае, если размеры пар оснований, расположенных друг против друга, будут одинаковыми. Такому условию отвечают пары, построенные из одного пуринового и одного пиримидинового основания аденин — тимин и цитозин — гуанин, что обеспечивает и максимальное число водородных связей в спирали [c.362]

Мы сразу же поняли, что строение ДНК может оказаться более сложным, чем строение а-спирали. В а-спирали одна полипептидная цепь (последовательность аминокислот) сворачивается в спираль, удерживаемую водородными связями между группами этой же цепи. Морис, однако, сказал Фрэнсису, что диаметр молекулы ДНК больше, чем это было бы, если бы она состояла только из одной полинуклеотидной цепи (последовательности нуклеотидов). Это навело его на мысль, что молекула ДНК представляет собой сложную спираль, состоящую из нескольких полинуклеотидных цепей, завернутых одна вокруг другой. В этом случае всерьез приниматься за построение модели можно было, только решив заранее, как соединены эти цепи друг с другом водородными свя- [c.37]

Представление о строении нуклеиновых кислот нуклеозиды и нуклеотиды. Гетероциклические основания рибоза (дезоксирибоза) и фосфорная кислота как структурные единицы нуклеиновых кислот. Представление о строении РНК и ДНК. Биологические функции ДНК и РНК. Рибосомная, информационная и транспортная РНК. Связь между строением и биологическими функциями нуклеиновых кислот. Строение РНК. Двойная спираль как модель молекулы ДНК. Роль водородных связей аденин — тимин и гуанин — цитозин в образовании двойной спирали. Правило Чаргаффа. Проблема передачи наследственной информации. Вещество, энергия и информация — необходимые компоненты при синтезе белка. Генетический код как троичный, неперекрывающийся, вырожденный код. [c.189]

Возможность образования такой водородной связи может быть легко продемонстрирована на молекулярных моделях нуклеозидов с анга-конформацией. Впервые предположение о таком взаимодействии было выдвинуто для объяснения различия УФ-спектров в сильнощелочной среде уридина и уридин-З -фосфата, с одной стороны, и уридин-2 -фосфата, с другой стороны Прямых доказательств образования такого рода водородной связи до сих пор не получено. Расстояние между атомами кислорода 2-экзо-О и 2 -экзо-0 в кристаллах пиримидиновых рибонуклеозидов и рибонуклеотидов , полученное на основании данных рентгенографии, превышает расстояние, требуемое для образования водородной связи. Однако это не удивительно, так как в кристаллической решетке и тот и другой атомы кислорода находятся в непосредственной близости с функциональными группами соседних молекул нуклеотида такие межмолекулярные взаимодействия могут преобладать в данном случае над внутримолекулярными взаимодействиями, существующими в разбавленных растворах. [c.141]

В правой части рисунка дана модель двойной спирали ДНК-Поперечные линии на модели обозначают плоскости, в которых располагаются те нуклеотиды различных макромолекулярных цепей ДНК, которые попарно соединены между собой водородной связью. За счет этой связи и происходит скрепление цепей [c.398]

Вторичная структура молекулы ДНК, согласно модели американских биохимиков Уотсона и Крика, представляет собой двойную спираль. Схематически она напоминает винтовую лестницу, перила которой образованы основной цепью из углеводных и фосфатных групп, в то время как азотистые основания между двумя цепями образуют ступени . Азотистое основание одной полинуклеотидной цепи связано с основанием другой с помощью водородных связей таким образом, что две половинки ступеней образуют довольно прочное соединение. Последовательность азотистых оснований А-Т и Г-Ц одной цепи полностью комплементарна последовательности другой цепи. В такой структуре каждая пара оснований удалена друг от друга на 3,4 нм, что соответствует одному витку спирали из десяти нуклеотидов (см. рис. 80, 81, б). [c.218]

Известно, что расщепление фосфо-эфирной связи идет через промежуточное состояние, в котором пять ковалентных связей атома Р находятся в тригональной бипирамидальной кон фигурации. Поэтому реакцию присоединения нуклеотида можно представить двухстадийной схемой (рис. 9.7). Образование промежуточной системы II требует энергии напротив, выделение пирофосфата освобождает свободную энергию. Модель исходит из представления о перекрывании обеих стадий. Предполагается, что при раскручивании ДНК и возникновении гибридной двойной спирали ДНК — РНК матрица ДНК функционирует в А-, а не в обычной -форме, т. е. Л-форма стабилизуется в участке матрицы, примыкающем к активному центру системы. Это положение аргументировано рядом фактов [42]. Локальный переход В-формы в Л-форму во время действия полимеразы может индуцироваться удалением молекул воды из участка ДНК, связанного с ферментом, что благоприятствует поликонденсации нуклеотидов. Как показывает изучение молекулярных моделей, не г стерических препятствий для выхода основания в одной цепи ДНК из гликозидной выемки в Л-форме ДНК после разрыва водородных связей с основанием комплементарной цепи. При этом конформация второй цепи не меняется. [c.567]

Основная биологическая функция молекулы ДНК состоит, как известно, в хранении и передаче генетической информации, записанной в виде определенной последовательности нуклеотидов в двойной спирали (рис. IX. 16). Поэтому связанное с этим основное требование к структуре ДНК — стабильность и сохранность генов — должно вполне определенным образом сочетаться с конкретными изменениями ее структуры, в частности в процессах взаимодействия с белками. Обычные тепловые флуктуации вызывают структурные изменения ДНК, не приводящие, однако, ни к разрыву водородных связей, ни к изменению межплоскостных расстояний между основаниями. В то же время спираль ДНК сохраняется при тепловых флуктуациях, а также и при более сильных внешних воздействиях. Для оценки потенциальных структурных возможностей ДНК большое значение имеют теоретические методы и модели. Они справедливы и когда необходимо оценить изменение структуры ДНК при ее участии в молекулярно-генетических процессах рекомбинации, репликации и транскрипции. Существует два ряда теоретических методов изучения структуры ДНК методы построения упрощенных физических моделей, основанные на экспериментальных данных и отражающие совокупность свойств целостной молекулы ДНК, и методы конформационного анализа и квантовой химии. [c.217]

Чтобы объяснить эти наблюдения, Уотсон и Крик предположили, что природная (нативная) молекула ДНК представляет собой две полимерные цепи попарно соединенных нуклеотидов, закрученные в форме двойной спирали. Сцепление между цепями обеспечивается особыми водородными связями между аденином и тимином и между гуанином и цитозином (рис. 4.10). Такое попарное сопоставление нуклеотидов, при котором А комплементарен Т, а G комплементарен С, было выведено с помощью построения молекулярных моделей, на которых точно выдерживались все межатомные расстояния. Построение молекулярной модели гипотетической двойной спирали также потребовало антипараллельности нуклеотидных цепочек, как это изображено на рис. 4.11. [c.106]

Последовательность нуклеотидов неизвестна, и модель представляет собой идеализированное изображение, основанное на данных рент-генострукту р(ного анализа и на лредставлении о водородных связях в молекуле. Из экспериментальных данных следует, что в ДНК пиримидин цитозин связа водородной связью с пурином гуанином, а пирими- [c.736]

В модели дезоксирибонуклеиновой кислоты (по Уатсону и Крику) оба винта имеют противоположное направление. Это объясняет механизм автовоспроизведения нуклеиновых кислот. На рис. 51 цепь нуклеиновой кислоты, изображенная справа, служит шаблоном или матрицей для образования новой молекулы нуклеиновой кислоты (слева). Таким образом, с каждым пурином или пиримидином правой цепи может связываться лишь тот пурин или пиримидин, который способен к образованию водородных связей с одним из оснований этой цепи. Поэтому в новой образующейся макромолекуле нуклеотиды расположены в той же последовательности, что и в макромолекуле, послужившей матрицей. [c.778]

Модель Уотсона-Крика позволяет представить себе, как может удваиваться нативная молекула ДНК, образуя две одинаковые дочерние молекулы. Поскольку две цепи ДНК комплементарны, каждая из них при расплетании двойной спирали может служить матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Последовательность оснований во вновь синтезируемой цепи будет определяться спецификой водородных связей между основаниями цепи-щаблона и вновь образуемой цепи (рис. 4.13). Таким образом, генетическая информация, содержавшаяся в последовательности пар оснований родительской молекулы, будет полностью воспроизведена в двух дочерних молекулах. Более того, если в процессе удвоения ДНК произошла ошибка и какой-то нуклеотид во вновь образуемой цепи выпал или оказался некомплементарным исходному, то это может изменить информационное содержание молекулы, причем можно ожидать, что эта ошибка будет передана дочерним молекулам ДНК в следующих поколениях. Такая замена пары нуклеотидов может обладать свойствами генетических мутаций. Таким образом, модель структуры ДНК Уотсона и Крика объясняет как способность генов к самоудвоению (репликации), так и их информационные свойства. [c.107]

ДНК по своей природе — биологический полимер, отличающийся высокой молекулярной массой и сложной линейной структурой. Макромолекула ДНК представляет собой длинную нераз-ветвленную цепь, остов которой состоит из чередующихся мономерных единиц—дезоксирибонуклеотидов. Нуклеотиды построены из трех компонентов пуринового или пиримидинового основания, пентозного сахара (дезоксирибоза) и фосфатных групп. Универсально распространенные азотистые основания, которых в молекуле ДНК обычно бывает четыре, следующие аденин и гуанин (производные пурина), цитозин и тимин (производные пиримидина). Для простоты их обозначают соответственно буквами А, Г, Ц и Т. Согласно модели Уотсона и Крика (1953) молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, образованных большим числом соединенных мелсду собой нуклеотидов. Связь между ними в цепи ДНК осуществляется в результате образования фосфатного мостика мелсду гидроксилами соседних дезоксирибозных остатков, к которым в качестве боковых радикалов присоединены азотистые основания. Сахара и фосфатные группы во всех нуклеиновых кислотах одинаковы, тогда как основания, соединенные водородными связями, меняются, причем аденин всегда присоединяется к тимину, а гуанин — к цитозину. Несмотря на то что в молекуле ДНК имеется только четыре азотистых основания, число их возможных комбинаций огромно. К примеру, участок нити ДНК фаговой частицы содержит 200 ООО нуклеотидов у высших растений это число, по-видимому, еще больше. [c.84]

Крика. По этой модели молекула ДНК состоит из двух очень тош<их длинных цепей, закрученных правильными витками вокруг одной общей для них оси в двойную спираль (она похожа на электрический шнур, состоящий из двух переплетающихся проводов). В 1969 г. в Калифорнийском университете (США) при огромном увеличении удалось получить электронно-микроскопический снимок, на котором хорошо видны обе сппрали молекулы ДНК (рис. 54). В бактериальной клетке длина молекул ДНК достигает 1 см, а в клетке человеческого тела более 1 м. Каждая из двух цепочек представляет собой полинуклеотид, т. е. полимер, в котором остатки сахара двух соседних нуклеотидов связаны фосфатными группами. Между собой такие полинуклео-тидные цепочки соединены азотистыми основаниями. При этом пуриновые основания, состоящие из двух колец, связаны слабыми водородными связями с пиримидиновыми основаниями, состоящими из одного кольца. Этими же связями удерживаются вместе две цепи всей молекулы. [c.143]

Результаты рентгеноструктурного анализа ДНК, опубликованные Вилкинсом, Франклином и сотр., свидетельствуют о том, что нуклеотиды ДНК расположены в форме спирали с периодом идентичности (шагом) 3,4 нм и расстоянием между плоскостями оснований 0,34 нм. На основании этих данных и аналитической информации, представленной выше (табл. 7.2), Уотсон и Крик предложили модель структуры ДНК, в которой две цепи, состоящие из нуклеотидов, соединенных 3, 5 -фосфодиэфирными мостиками, сплетены друг с другом, так что на каждый виток спиралп приходится 10 пар оснований. Диаметр спирали 2,0 нм. Две пепп удерживаются вместе большей частью за счет водородных связей между каждой аминогруппой и примыкающей к ней кетогруппой, т. е. между аденином и тимином, гуанином и цитозином и т. д. Расстояния между гликозидными связями, соединяющими пары основа- [c.218]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология