Внутримолекулярные взаимодействия в двойной спирали

Важнейшей особенностью внутримолекулярных взаимодействий, стабилизирующих макромолекулярную структуру ДНК, является их кооперативность. Для двойных спиралей, построенных из комплементарных гомополинуклеотидов, это означает, что при их денатурации, происходящей, например, при повышении температуры и приводящей к образованию изолированных полинуклеотидных цепей, все звенья спиральной структуры разрушаются одновременно. Такой процесс называют плавлением двойной спирали. Его описывают кривой плавления, которая, в свою очередь, характеризуется мпературой плавления Тт и шириной температурного интервала, в котором происходит разрушение двойной спирали (рис. 16). [c.29]

В настоящее время имеется большое число экспериментальных фактов, свидетельствующих в пользу того, что стабильность спиралей полипептидов и особенно двойных спиралей нуклеиновых кислот поддерживается не только внутримолекулярными водородными связями, но и обычными силами ван-дер-ваальсова взаимодействия (диноль-дипольными и дисперсионными), действующими между гидрофобными группами [45,53-э5] Большая роль ван-дер-ваальсовых взаимодействий в стабильности двойных спиралей нуклеиновых кислот продемонстрирована также расчетами Де Во и Тиноко Поскольку это обстоятельство существенно не изменяет математического аппарата излагаемой теории, мы в дальнейшем будем для простоты говорить только о водородных связях. [c.291]

Исследование нуклеиновых кислот стало в последнее десятилетие одной из наиболее заманчивых областей в молекулярной биологии. С химической точки зрения как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), так и рибонуклеиновая кислота (РНК) являются полинуклеотидами, основное звено которых состоит из фосфатной группы, сахара (рибозы или дезоксирибозы) и основания (пуринового или пиримидинового) основная цепь полимера представляет собой фосфоэфир, причем на одно повторяющееся звено приходится шесть атомов цепи в соответствии с моделью двойной спирали, предложенной Уотсоном и Криком [106]. В ДНК две антипараллельные цепи полинуклеотидов завернуты в спираль и соединены друг с другом водородными связями, образующимися между гетероциклами оснований. Макромолекула РНК представляет собой однотяжную спираль, вторичная структура которой определяется внутримолекулярными взаимодействиями. Полагают, что наиболее устойчивой из нескольких возможных структур является двутяжная спираль, образуемая участками одной и той же макромолекулы, подобная спирали ДНК, но участки с некомплементарными основаниями на периферии спирали образуют петли 1107, 108]. Для того чтобы лучше понять вторичную структуру нуклеиновых кислот, были приготовлены синтетические полинуклеотиды. Эти модельные соединения широко исследованы почти теми же средствами, что и синтетические полипептиды, моделирующие структуру белков. [c.118]

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]

Переходы от упорядоченных к беспорядочным конформациям цепных молекул имеют большое значение, поскольку они касаются условий, которые должны поддерживаться для сохранения белков и нуклеиновых кислот в форме, необходимой для осуществления их биологических функций. В то же время явление г рехода спираль — клубок может рассматриваться как одномерный аналог процессов плавления и кристаллизации и поэтому представляет особый теоретический интерес. Рассмотрим сначала переходы в таких изолированных цепях, которые типичны для полипептидов, не учитывая образования мультиплетных спиралей, характерных для нуклеиновых кислот и их аналогов. Ранее было установлено, что характер связи С — N, частично напоминающей двойную, исключает вращение вокруг нее, и поэтому мономерный остаток ведет себя как жесткое звено. Следовательно, для описания относительной ориентации триплета аминокислотных остатков необходимо установить лишь два внутренних угла вращения ф. Когда беспорядочный клубок переходит в идеально унорядоченную конформацию, свобода выбора значений ф утрачивается. В результате этого для цепи, состоящей из Z аминокислотных остатков, переходу в идеальную спираль будет противодействовать прирост свободной энергии, пропорциональный Z — 2. С другой стороны, образованию спирали будут благоприятствовать различного типа взаимодействия между ближайшими соседями. К таким взаимодействиям относятся образование внутримолекулярных водородных связей, гидрофобное взаимодействие и эффекты десольватации, сопровождающие переход боковых цепей из относительно незащищенного состояния в беспорядочном клубке в компактную упаковку вокруг спирали. В целом такие эффекты будут более ярко выражены для остатков, находящихся внутри спирали, чем для остатков, располагающихся на ее концах. Поэтому вклад взаимодействий между непосредственными соседями в свободную энергию образования спирали будет пропорционален Z — б, где б — коэффициент, учитывающий меньшую устойчивость концов спирали. При б > 2 (для а-спирали Шеллманом [368] было принято 6 = 4) свободная энергия перехода беспорядочного клубка в идеальную спираль будет уменьшаться при увеличении Z. Однако, для того чтобы правильно установить условия, определяющие переходы спираль — клубок, необходимо учитывать частично упорядоченные состояния, содержащие разнообразные сочетания последовательностей, свернутых в спирали или в беспорядочные клубки. Результаты, полученные различными исследователями, рассматривавшими эту проблему, аналогич- [c.132]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология