Дезоксирибонуклеиновые кислоты конформация в растворе

В соответствии с терминологией, предложенной Линдер-стрём-Лангом [ ], можно сказать, что молекулы обычных полимеров в растворе не обладают вторичной структурой, тогда как молекулы биологически активных полимеров и их синтетических аналогов могут ее иметь. При этом первичной структурой макромолекулы называется число и расположение химических связей в молекуле, а вторичной — регулярная пространственная спиральная структура с определенной периодичностью, стабилизуемая водородными связями. Исследованию вторичных структур биологически активных макромолекул посвящено громадное количество работ, в которых были определены параметры спиральных конформаций для большого числа синтетических полипептидов и полинуклеотидов, а также для природных нуклеиновых кислот и белков. В последнем случае, наряду с вторичной структурой, большую роль играет также третичная структура молекул, т. е. взаимное расположение спиральных и неспиральных участков, обусловленное взаимодействием боковых групп цепи, в частности, связями 5—8. Наиболее известные примеры вторичных сгруктур представляют собой а-спираль Полинга — Кори [2> ] для полипептидов и двойная спираль Крика — Уотсона [ ] для дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Эти структуры [c.291]

В настоящее время из нуклеиновых кислот наиболее известна одна из дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), для которой имеются исчерпывающие физико-химические данные. (В работе Доти дается сводка современных данных по этому вопросу.) Ее молекулярный вес составляет приблизительно 6 ООО 000—7 ООО ООО, а ее макромолекулы в нейтральных водных растворах имеют конформацию сильно натянутых клубков. На стр. 361 было дано объяснение этому натяжению, которое, как полагают, обусловлено тем, что основной структурной единицей ДНК является не единичная молекулярная цепь, а спираль, изображенная на рис. 22 и составленная из двух закрученных относительно друг друга цепей. Макромолекула, имеющая такую структуру, обычно ведет себя, как длинный тонкий стержень, но полагают, что в такой структуре иногда встречаются участки, в которых спираль разрушена, в результате чего появляется достаточное количество гибких сочленений, и это объясняет общие закономерности поведения ДНК как туго натянутого жесткого клубка. [c.591]

Детальное изучение инфракрасных спектров дезоксирибонуклеиновых кислот [147], включая использование ориентированных пленок ДНК и поляризованного инфракрасного света [148, 149[, дало результаты, находящиеся в соответствии с конформациями, полученными при рентгенографических исследованиях. Полосы при 1680 и 1645 в растворе тяжелой воды, по-видимому, [c.556]

Мы видели, что результаты кристаллографических исследований имели решающее значение для выявления спиральных конформаций в растворенных полипептидах. Точно так же можно сказать, что большая доля огромной работы, проведенной в последнее время в области исследования растворов нуклеиновых кислот, была предпринята под влиянием предположения о кристаллической структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), выдвинутого Уотсоном и Криком [30]. Эффективность изучения нуклеиновых кислот в основном обусловлена тем решающим значением, которое эти вещества играют в передаче наследственных характеристик живого организма. Прекрасное описание ряда открытий, связывающих нуклеиновые кислоты с некоторыми центральными проблемами биологии, было дано Криком [330], Уотсоном [331] и Уилкинсом [332] в их выступлениях по случаю присуждения Нобелевских премий. [c.124]

Некоторые синтетические полипептиды в подходящих растворителях имеют стержнеподобн ю конформацию с типичной длиной стержня 300 А и толщиной 20 А [16] ). В концентрированных растворах эти системы дают мезофазы [17—19]. Аналогичные фазы найдены также у дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и у некоторых вирусов [20] типичный пример — трус табачной мозаики (ВТМ) длиной 3000 А и диаметром 200 А. Определенным преимуществом таких вирусов с точки зрения физического эксперимента является точное равенство размеров всех стержней у одного типа вирусов. [c.18]

Помимо образования этих различных гетероцепочечных комплексов, некоторые гомополимеры могут в соответствующих условиях самоагрегировать. Отсутствие значительного двойного лучепреломления в потоке и возрастание вязкости, наблюдаемое при пониженной ионной силе, показывают, что в нейтральном растворе полиадениловая кислота обладает беспорядочно скрученной одноцепочечной конформацией (рис. 8-9) [94]. Однако в растворах с низкой ионной силой и при pH меньще 6,5 наблюдается резкий переход к упорядоченной конформации, выражающийся в уменьшении ультрафиолетовой адсорбции, увеличении веса частицы и появлении заметного отрицательного двойного лучепреломления в потоке [94, 95[. Изменения констант седиментации, вязкости и светорассеяния коррелируют с кривыми титрования, и эти данные показывают, что при протонировании аденинового остатка образуется относительно жесткий, прерывистый двойной спиральный агрегат нз различного числа молекул адениловой кислоты. Так как аминогруппа аденина легко реагирует с формальдегидом, когда полимер находится в беспорядочно скрученном состоянии, но не тогда, когда образован содержащий водородные связи комплекс, вероятно, что агрегация является результатом спаривания адениновых оснований за счет водородных связей. Это подтверждается переходом от упорядоченной структуры к беспорядочному клубку в узком температурном интервале (приблизительно при 90° в 0,15 М растворе соли при кислых значениях pH) аналогичным образом ведет себя дезоксирибонуклеиновая кислота, что объясняется кооперативным разрывом водородных связей [94]. Спиральная структура исчезает также при очень низких значениях pH, по-видимому, в результате протонирования Ы , приводящего к разрыву водородной связи [96]. [c.543]

Оптическая активность нативных дезоксирибонуклеиновых кислот заметно выше оптической активности составляющих их мононуклеотидов [259]. Удельное вращение мономеров (появляющееся благодаря наличию остатка сахара) лежит в области от +50" до —50° со средним значением около О" для эквимолярных количеств основных нуклеотидов. Для дезоксирибонуклеиновых кислот [а]о лежит между гЮО и - -150°, а типичная величина [Л4р[п (молярное вращение, рассчитанное по числу фосфатных остатков) равна приблизительно +42000°. Величины удельного вращения для ди- и олигонуклеотидов позволяют предположить, что изменения, которых можно ожидать в результате этерификации мононуклео-тидфосфата, весьма. малы [260, 261]. Например, соответствующая величина [Мр1в для тимидилил-5 3 -тимидин-5 -фосфата составляет в нейтральном растворе +2800°. Однако для спиральных структур значительная часть общей оптической активности может определяться особыми и нескомпенсированными взаимодействиями, которые возможны благодаря соответствующим конформациям этих структур. Таким образом, разрушение упорядоченной спиральной структуры должно приводить к снижению оптической активности препарата [238]. Было найдено, что дело обстоит именно так. Далее, изменение оптического вращения ДНК в зависимости от температуры можно непосредственно сравнивать с ранее описанной зависимостью ультрафиолетового поглощения от температуры. Для ДНК из зобной железы теленка [а]о уменьшается от +126 при комнатной температуре до +28° при 92 причем температура тепловой денатурации, определенная в этом случае по точке перегиба кривой перехода, очень близка к значению, полученному из соответствующих опытов по изучению изменения ультрафиолетового поглощения. [c.582]

Как известно, молекулы белка построены из большого числа аминокислот. Поэтому при изучении структуры белка методом ИК-спектроскопии нельзя просто воспользоваться теми данными, которые были получены при исследовании полипептидов. В работе [137] изучали зависимость конформации от состава аминокислот для тех синтетических полипептидов, которые моделируют составные части белков. Было показано [1895, 1896], что при денатурировании дезоксирибонуклеиновых кислот в их спектрах исчезают полосы при 1645 и 1680 см и вместо них появляются полосы при 1660 и 1690 см- . Первые две полосы соответствуют регулярным водородным связям между звеньями пурина и пиримидина, которые придают прочность двойной спирали. Исследования проводили с использованием растворов в тяжелой воде. В работе [136] обсуждается необходимость спектроскопического изучения биополимеров, находящихся в Н2О и ВгО, поскольку эти жидкости являются их естественными растворителями. Там же рассмотрены соответствующие методики исследования. Изучены конформацион-ные изменения, происходящие при денатурации белков плазмы крови [1314, 1315J. Исследованы колебания пролинового кольца в пoли-L-пpoлинe [257, 259], который является составной частью многих белков. Был сделан вывод, что полосу при 1440 см можно использовать только для определения содержания остатков иминокислот в молекуле полипептида. [c.344]

Растворы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) также являются представителями этой группы систем. Уже отмечалось, что при осаждении ДНК из водных растворов при умеренном перемешивании образуется волокнистый осадок [2], и этот факт можно рассматривать как свидетельство самоупорядочения полимера. По-видимому, для достижения высокой ориентации (со-ответственно анизотропной формы осадка) достаточно небольших сдвиговых деформаций (перемешивания), чтобы зафиксировать самоупорядочивающуюся систему. Косвенным свидетельством скрытого перехода в анизотропное состояние водных растворов ДНК является тот факт, что осаждение ДНК из растворов в диметилформамиде, где конформация макромолекул значительно менее жесткая, приводит к образованию обычного порошка, а не волокнистого материала. [c.221]

Под конформацпоннымн превращениями в макромолекулах до самого недавнего времени понимали превращения (переходы) спираль — клубок в полипептидах и нуклеиновых кислотах. Предполагалось, что, в отличие от макромолекул нативных белков, нуклеиновых кислот и их синтетических моделей — полипептидов и полинуклеотидов, где внутримолекулярные взаимодействия (в основном, водородные связи) обеспечивают наличие вторичной структуры, внутримолекулярные силы у обычных синтетических поли.меров недостаточны для поддержания уиорядоченности в цепи. Макро.молекулы первых существуют в растворах в конформации одионитевых (белки, полипептиды) или двунитевых (нуклеиновые кислоты, полинуклеотиды) спиралей (см. [251, 510]). Двойная спираль Крика — Уотсона [511] для дезоксирибонуклеиновой кислоты и а-сиираль Полинга — Кори [512] для полипептидов — наиболее известные примеры вторичной молекулярной структуры. Макромолекула в спиральной конформации подобна по своей структуре одномерному кристаллу. Изменением температуры или других условий (состав смешанного растворителя, pH растворителя — [c.252]

Превращения в спиральную конформацию приводят к ярко выраженному гипохромному эффекту также и в случае нуклеиновых кислот и полинуклеотидов. Сравнительно давно было показано [504], что оптическая плотность (с пиком при 259 м 1) дезоксирибонуклеиновой кислоты на 25—37% ниже оптической плотности сметанных нуклеотидов, полученных в результате каталитического щелочного гидролиза главной полимерной цепи. Однако причина этого изменения стала очевидной лишь после того, как была установлена структура двойной спирали молекулы ДНК. В этой структуре основные хромофоры располагаются параллельно друг другу под прямыми углами, и Тиноко [505] показал, что такое расположение должно привести к наблюдаемому гипохромному эффекту. Это явление наиболее удобно изучать на синтетических полинуклеотидах, цепи которых состоят из звеньев лишь одного типа. Фельсенфельд и Рич [364] обнаружили, что смешение растворов полиадениловой]и полиуриди-ловой кислот, приводящее, как известно, к образованию биспиральной структуры, сопровождается ярко выраженным понижением максимальной оптической плотности при 259 м 1. Таким образом, спектрофотометрическое титрование является удобным методом установления стехиометрии реакции (рис. 62). Позднее было показано [360], что изменения [c.175]

Помимо нолиэлектролитов с гибкими цепными полиионами, которые могут иметь широкий набор конформаций, рассмотрению подлежат заряженные макромолекулы, принимающие специфические конформации, обсужденные в гл. III. Белки имеют разнообразное множество ионогенных групп в боковых цепях аминокислотных остатков, а именно карбоксильные группы глутаминовой и аспарагиновой кислот, имидазольпые группы гистидина, аминогруппы лизина, фенольные группы тирозина, тиольные группы цистеипа и гуанидиновые остатки аргинина. Поэтому в зависимости от состояния ионизации они могут обладать суммарным положительным или отрицательным зарядом. Третичная структура глобулярных белков обычно достаточно устойчива для того, чтобы допустить значительное увеличение суммарного заряда до начала денатурации. Другим полиэлектролитом со специфической конформацией является нативная форма дезоксирибонуклеиновой кислоты. Мы видели, что она существует в растворе в виде двойной спирали, которая ведет себя почти так же, как и жесткая стержневидная частица. В нейтральном растворе вследствие ионизации функциональной группы фосфорной кислоты частица имеет один отрицательный заряд, приходящийся на нуклеотидный остаток. В кислой или щелочной среде в установлении ионизационного равновесия принимают участие пуриновые и пирамидиновые остатки, что, как будет показано ниже, влияет на устойчивость нативной формы ДНК. [c.268]