Взаимодействия основания нуклеиновых кислот-аминокислоты

Рис. 4.20. Зависимость коэффициентов парных взаимодействий оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами в воде от энтальпий гидратации аминокислот

Сопряжена ли интеркаляция плоских молекул в цепи нуклеиновых кислот с какой-либо биохимической функцией По-видимому, да. Например, в белках, взаимодействующих с нуклеиновыми кислотами, ароматические кольца боковых цепей аминокислот могут встраиваться между плоскостями оснований в спиральной структуре ДНК наподобие закладок внутри книги [85, 86]. Изменения в плотности супервитков, вызванные интеркаляцией или изменением ионного окружения, могут играть роль в соблюдении нужной последовательности во взаимодействии ДНК с внутриклеточными ферментными системами. [c.142]

Взаимодействие биомолекул в растворах сопряжено не только со слабыми (нековалентными) взаимодействиями. Значительна роль молекулярного комплексообразования в биологических процессах. Сильные взаимодействия в многокомпонентных системах биомолекул приводят к возникновению так называемых супрамолекулярных комплексов. Образование соединений, имеющих весьма сложное строение, присуще многим фундаментальным биохимическим реакциям. Молекулярные комплексы биомолекул являются действующим началом многих современных лекарственных препаратов. Большое значение в этих процессах имеет комплементарность взаимодействующих молекул, их так называемое "молекулярное узнавание". Термодинамические аспекты этого экстраординарного явления рассмотрены в четвертой главе монографии, в которой развит подход к комплексному изучению сильных и слабых взаимодействий в растворах таких модельных биологических соединений, как аминокислоты, пептиды, краун-эфиры, криптанды, циклодекстрин, основания нуклеиновых кислот. Значительное место отведено анализу роли растворителя в молекулярном узнавании биомолекул. [c.6]

В табл. 4.20 представлены рассчитанные значения коэффициентов парных взаимодействий (h ) оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами в воде. Чтобы избежать перегруженности таблицы данными, в ней не приведены значения коэффициентов корреляции и pH для каждой из изученных систем. Отметим, что значения коэффициентов корреляции лежат в пределах 0,72 (система yt + Pro)-0,99(Ura + Phe), но для подавляющего большинства систем их величина составила не менее 0,9. Значения pH растворов практически не зависят от того, какое основание нуклеиновых кислот находилось в растворе конкретной аминокислоты (порядок изменения - сотые доли pH). Поэтому можно привести усредненные значения pH изученных растворов, не указывая к какому НО они относятся [c.237]

Таблица 4.20. Энтальпийные коэффициенты парных взаимодействий кху (кДж кг моль" ) оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами воде при 298,15 К

Т. 40, № 4. С. 53-59. п. Лаптев П.В. Термодинамические характеристики и закономерности взаимодействия аминокислот и пептидов с основаниями нуклеиновых кислот, их производными и р-циклодекстрином в воде Дис.. .. канд. хим. наук. Иваново, 1998. 151 с. [c.250]

Как и при интерпретации влияния солей на водные растворы, основное внимание следует обращать на изменение свободной энергии системы при добавлении неполярных веществ к водным растворам интерпретация этого явления непосредственно с точки зрения структурной модели может оказаться ошибочной. Так, структурная модель дает приемлемое объяснение солюбилизации гидрофобных соединений под действием спиртов алкилзамещенных аминов и мочевин. Если одно растворенное вещество увеличивает структурированность раствора, можно было бы ожидать, что оно должно облегчать введение молекул другого подобного вещества. С другой стороны, структурирующая способность вещества совершенно необязательна для того, чтобы оно было в состоянии солюбилизировать гидрофобные соединения в воде. Уже отмечалось, что один из возможных механизмов денатурации белков и нуклеиновых кислот под действием мочевины заключается в стабилизации гидрофобных боковых цепей аминокислот и оснований нуклеиновых кислот при увеличении их контакта с растворителем, что проявляется в увеличении растворимости и уменьшении коэффициента активности этих групп в присутствии мочевины [31, 32, 35]. Спирты, ацетон и подобные им вещества разрушают гидрофобные связи и способствуют денатурации аналогичным образом. Однако мочевина, вероятно, не обладает структурирующим действием, по крайней мере в том смысле, как это понимается для неполярных молекул мочевина очень слабо влияет на большинство свойств воды и либо практически не изменяет структуру воды, либо, из данных по поглощению ультразвука, несколько ее разрушает [85]. Данные по энтальпии и теплоемкости растворов веществ с гидрофобными группами, а также исследования спектра ультразвуковой релаксации полиэтиленгликоля в воде и растворах мочевины указывают на то, что энергетически более благоприятное взаимодействие гидрофобных групп с мочевиной, чем с водой, связано с уменьшением структурированности воды вокруг гидрофобных групп [85, 86]. Таким образом, разрушение гидрофобных связей под действием мочевины или спирта нельзя объяснить одним и тем же механизмом с точки зрения структуры растворителя, хотя по свободной энергии эффекты соединений этих двух типов одинаковы. Возможно, что мочевина создает более благоприятное окружение для гидрофобных групп, находящихся в пустотах струк- [c.328]

Образование водородных связей между аминокислотами и основаниями может приводить к специфическим, зависящим от последовательности взаимодействиям между белками и одноцепочечными нуклеиновыми кислотами. Например, в смесях ДМСО — вода карбоксилат-анионы (моделирующие боковые группы аспарагина и глутамина) образуют комплекс с гуанином, в 30 раз более прочный, чем комплекс между гуанином и цитозином в тех же условиях. Среди пяти обычных оснований нуклеиновых кислот только гуанин может вступать в это взаимодействие. [c.209]

Из гл. 5 известно, что мочевина увеличивает растворимость в водных растворах аминокислот с неполярными боковыми группами. Отсюда можно заключить, что она будет разрушать гидрофобные взаимодействия. Поэтому в той степени, в какой стэкинг оснований стабилизирован гидрофобными взаимодействиями, мочевина должна дестабилизировать стэкинг в одноцепочечных структурах и в двойных спиралях нуклеиновых кислот, чему имеются экспериментальные подтверждения. [c.321]

Вследствие взаимодействия между боковыми цепями различных аминокислот в белках и между основаниями в нуклеиновых кислотах, а также взаимодействий их с водой, биополимеры редко представляют собой полностью линейные цепи вместо этого они складываются с образованием сложных пространственных структур. [c.16]

При исследовании термодинамических характеристик взаимодействия биологических лигандов (краун-эфиров (КЭ), криптандов (КР), циклодекстринов (ЦД) и оснований нуклеиновых кислот (НО)) с аминокислотами (АК) и пептидами (П) в воде с использованием экспериментальных значений энтальпий растворения энтальпийные коэффициенты взаимодействий можно рассчитать с помощью уравнения [c.187]

Аминокислоты, пептиды и нуклеиновые основания (НО) участвуют практически во всех процессах, происходящих в живом организме. Целый ряд лекарственных препаратов, в частности антибиотиков и противораковых средств, содержит пиримидиновые нуклеиновые основания и ароматические кольца аминокислот. Известно, что действие многих лекарств основано на явлении прослаивания (интер-каляции) ароматических колец АК между плоскостями НО в спиральной структуре ДНК. Кроме того, изучение взаимодействий аминокислот и пептидов с нуклеиновыми основаниями в водных растворах представляется перспективным в качестве модельного для исследования таких фундаментальных биохимических реакций, как взаимодействие пептид-нуклеиновая кислота. [c.234]

Однако следует учесть, что существенным недостатком кислых сульфитов является их способность к активному взаимодействию с аминокислотами, в особенности цистеином, метионином, триптофаном, в результате чего образуются неактивные или вредные для организма соединения (например, 2,3-диоксииндолаланин в реакции с триптофаном). Имеются данные о том, что кислые сульфиты в организме вступают в реакцию с белком с расщеплением дисульфидной связи, а также реагируют с основаниями нуклеиновых кислот и, следовательно, обладают потенциальной мутагенностью. В связи с этим неорганические сульфиты стали заменять на тиомочевину, пирофосфорную или итаконовую кислоты. [c.348]

В гл. 6 было отмечено, что денатурация белка мочевиной и гидрохлоридом гуанидина заключается в энергетически благоприятном взаимодействии этих соединений с амидными и пептидными группами. Энергия этого взаимодействия понижается при замещении атомов водорода в молекулах денатурирующих агентов алкильными группами. Однако мочевина и гидрохлорид гуанидина также способствуют денатурации белков по гидрофобному механизму, облегчая контакт неполярных групп с растворителем [31]. Это доказывается их солюбилизирующим действием на углеводороды и на гидрофобные боковые цепи аминокислот, а также дестабилизирующим влиянием мочевины на ионные и неионные мицеллы [32, 33]. Упомянутые два разных механизма действия обеспечивают высокую эффективность этих соединений как денатурирующих агентов на различные типы макромолекул. Их можно различить при исследовании влияния алкилирования на денатурирующую способность мочевин и гуанидинов, так как алкилирование увеличивает эффективность этих соединений при солюбилизации неполярных молекул и оснований нуклеиновых кислот [8, 34, 35]. [c.310]

Однако еще до появления жизни на Земле должен был происходить процесс саморепликации. Каким образом Разумно предположить, что фундаментальное значение для репликации нуклеиновых кислот и эволюции генетического кода имели специфические иуклео-нуклеиновые и пуклео-белковые взаимодействия [48]. Подобные процессы узнавания зависят от последовательности оснований и аминокислот. Согласно Мак-Элрою [49], такие взаимодействия, вероятно, играли ключевую роль при образовании белково-нуклеиновых комплексов и имели фундаментальное значение на ранних стадиях эволюции макромолекул. [c.185]

В гл. V и VI мы рассматривали факты, свидетельствующие о том, что специфические свойства и функции любого белка определяются не только относительным числом и последовательностью аминокислотных остатков, но также трехмерной структурой белка в целом. Кроме того, в настоящее время известно, что сама третичная структура есть функция первичной структуры, т. е. последовательности аминокислот, и упаковка белковых цепей не определяется непосредственно генетическими факторами. Далее, даже если первичная ассоциация нуклеотидов была небеспорядочной, все же, но-видимому, нет оснований считать, что полипептиды, синтезировавшиеся под контролем абиогенных полинуклеотидов, непременно должны были обладать биологически значимыми функциями. С другой стороны, ясно, что как окружающая среда, так и сами взаимодействующие элементы в силу присущих им свойств могут накладывать ограничения на процесс синтеза полипептидов (за счет взаимодействий между объединяющимися мономерами и за счет пространственных взаимодействий со средой). Если предполагаемая модель биогенеза, базирующаяся иа белках, верна, то у нас имеется готовое объяснение для механизма появления полинуклеотидов, содержащих информацию, которая имеет отношение только к биологически выгодным полипептидам. В противном случае, вероятнее всего, появлялись бы многочисленные бессмысленные полипептиды и перед нами встала бы проблема малоэффективной системы проб и ошибок. Итак, образовавшиеся прн добиологическом синтезе полипептидов последовательности могли быть результатом прямого взаимодействия мономеров и взаимодействия между окружающей средой и полимерсинтезирующей системой. Если была необходимость в наличии нуклеиновых кислот, то из этого непосредственным образом не следует, что кодируемая ими последовательность амино- [c.327]

Функция есть феномен, проявляющийся в результате активности какого-либо органа (S hoffeniels, 1976). Это определение правильно на физиологическом уровне. Однако на молекулярном уровне, например для случая репликации ДНК и транскрипции, функция становится результатом координированной активности ряда макромолекул. Важно помнить, что сама по себе ДНК не может реплицироваться или транскрибироваться. Эти функции могут ею выполняться только во взаимодействии с несколькими ферментами, такими как ДНК-и РНК-полимеразы. Функция осуществляется в результате специфичного и согласованного взаимодействия между макромолекулами, в данном случае — между белками и нуклеиновыми кислотами. Конкретнее, функция есть результат взаимного узнавания специфичных групп аминокислот и оснований— компонентов макромолекул обоих типов. Таким образом, подобно тому как для функционирования органа требуется сотрудничество различных клеток, так для функционирования макромолекул необходима совместная активность различных видов молекул. На более низких уровнях организации частиц, включая простые молекулы, также необходимо сотрудничество — координация действия различных атомов и [c.178]

Накопление, передача и экспрессия (выражение в фенотипе) генетической информации составляют основную тему части IV. В начале описьгоаются эксперименты, показывающие, что ДНК является генетическим материалом, а также история открытия двойной спирали ДНК. Затем следует описание ферментативного механизма репликации ДНК. Далее мы перейдем к экспрессии генетической информации, заключенной в ДНК, начав с описания данных о роли информационной РНК как промежуточного переносчика информации. Затем рассматривается процесс транскрипции, т. е. синтез РНК в соответствии с инструкциями, заключенными в матричной ДНК. Из этого логически вытекает описание генетического кода, т.е. взаимосвязи между последовательностью оснований в ДНК (или в транскрибируемой с нее информационной РНК) и последовательностью аминокислот в соответствующем белке. Генетический код, общий для всех живых организмов, прекрасен своей простотой. Три основания составляют кодон-единицу кода, соответствующую одной аминокислоте. Кодоны в информационной РНК последовательно считываются молекулами транспортных РНК, которые выполняют роль адапторов в син-тезе белка. Далее мы переходим к механизму белкового синтеза, а именно к процессу трансляции, в ходе которого четырехбуквенный алфавит нуклеиновых кислот, в котором каждая буква представлена соответствующей парой оснований, переводится в 20-буквенный алфавит белков. Трансляция происходит на рибосомах и обеспечивается координированным взаимодействием более чем сотни различных высокомолекулярных соединений. В следующей главе описывается регуляция экспрессии генов у бактерий, причем основное внимание уделяется оперо-нам лактозы и триптофана у Е. соН, как наиболее изученным в настоящее время. Далее обсуждаются результаты последних исследований экспрессии генов у более высокоорганизованных организмов (т.е. у эукариот), отличающихся от бактерий (прокариот) более высоким содержанием ДНК и наличием оформленного ядра, что обеспечивает диф-ференцировку клеток. Затем рассматри- [c.15]