Пространственная структура нуклеиновых кислот

Для разделения белков и нуклеиновых кислот широко применяется метод гель-электрофореза. Его принцип заключается в следующем. Исследуемый препарат (раствор белка, ДНК или РНК) вносят в лунку, расположенную у края геля — полужидкой среды с сетчатой пространственной структурой (обычно для электрофореза используют тонкие пластины геля). Находящиеся в буферном растворе макромолекулы обладают некоторым суммарным электрическим зарядом, и когда через гель пропускают электрический ток, они перемещаются в электрическом поле. Молекулы одинакового размера (и одинакового заряда) движутся единым фронтом, образуя в геле дискретные невидимые полосы. Чем меньше размер молекул, тем быстрее они движутся. Постепенно исходный препарат, состоящий из разных макромолекул, разделяется на зоны, распределенные по длине пластинки. [c.54]

Пространственная структура нуклеиновых кислот [c.330]

Вирусы представляют собой комплексы, содержащие молекулу нуклеиновой кислоты и большое число белковых молекул, образующих определенную трехмерную структуру. Вирусы растений содержат РНК, вирусы животных могут содержать либо ДНК, либо РНК- Хорошо изучен вирус растительного происхождения — вирус табачной мозаики, вызывающий заболевание листьев табака. Молекулярная масса вируса около 50 млн, общий состав — 94—95 % белка и 5—6 % РНК. Пространственная структура вируса представляет собой цепь РНК, окруженную расположенными в определенном порядке полипептидными цепями. [c.448]

Водородные. связи имеют огромное значение для организации пространственной структуры белков и нуклеиновых кислот. Как известно, белки представляют собой полимеры, построенные из а-аминокислот, соединенных пептидной связью [c.108]

Пространственная структура нуклеиновых кислот соответствует ансамблю двух полинуклеотидных цепей, закрученных в двойную спираль, при этом остаток гуанина одной цепи находится напротив остатка цитозина другой цепи, и одновременно напротив друг друга располагаются остатки аденина и тимина (или урацила). При нагревании раствора нуклеиновой кислоты спираль разворачивается и цепи разъединяются. [c.552]

Для того чтобы более подробно описать В-форму ДНК, а также превращения ее в другие формы двойной спирали, рассмотрим пространственную структуру мономерных звеньев нуклеиновых кислот и межмолекулярные взаимодействия, приводящие к образованию двойной спирали. [c.22]

Нарушение пространственной структуры нуклеиновых кислот приводит [c.553]

Высокий уровень структурной и функциональной организации живой материи в первую очередь обеспечивается участием особых биополимеров — белков и нуклеиновых кислот. Для каждого индивидуального биополимера характерен определенный порядок чередования разнотипных мономерных звеньев, образованных в случае белков двадцатью различными аминокислотами, а в случае нуклеиновых кислот — четырьмя различными нуклеотидами. Это создает основу неисчерпаемого многообразия таких биополимеров. Кроме того, полимерные цепи обеих групп биополимеров содержат большое число простых связей, и поэтому каждый индивидуальный биополимер может существовать в виде неисчислимого множества конформеров. Однако в результате многочисленных нековалентных взаимодействий, в которых участвуют как фрагменты остова полимера, так и различные боковые радикалы, в условиях существования живых организмов предпочтительным оказывается ограниченное число конформаций. Поэтому каждый биополимер обладает не только уникальной последовательностью чередования мономерных звеньев, но и уникальной пространственной структурой или небольшим набором таких структур. [c.9]

Реакционная способиость мономерных структур в составе полимера в значительной степени изменяется под влиянием пространственных факторов. Наибольшее значение имеют методы селективной модификации, широко применяемые при исследовании первичной и пространственной структуры нуклеиновых кислот, введении искусственных мутаций и изучении связи между строением и биологической функцией. [c.384]

Магний усиливает синтез эфирных масел, каучука, витаминов А и С. Предполагается, что, образуя комплексное соединение с аскорбиновой кислотой, он задерживает ее окисление. Mg + необходим для формирования рибосом и полисом, для активации аминокислот и синтеза белков (см. рис. 10.2) и используется для всех процессов в концентрации не менее 0,5 ммоль/л. Он активирует ДНК- и РНК-полимеразы, участвует в формировании определенной пространственной структуры нуклеиновых кислот. [c.251]

Третичная структура нуклеиновых кислот — это пространственное расположение ДНК и РНК (в виде компактной палочки, клубка и т. д.). [c.431]

В качестве примера можно привести реакцию с формальдегидом, широко применяющуюся для исследований структуры нуклеиновых кислот. Этот реагент, легко реагируя с основаниями в составе нуклеозидов и нуклеотидов, практически не реагирует с ДНК Аналогичные эффекты наблюдаются для таких реагентов, как карбодиимид 224, 225 семикарбазид и т. д. Более детально для разных реагентов этот вопрос рассматривается во второй половине книги. Сейчас пока трудно дать точное определение всех факторов, вызывающих подобное снижение реакционной способности, однако, вне всякого сомнения, большую роль здесь играют пространственные факторы, связанные с упаковкой оснований внутри двойной спирали, а также энергетические факторы, когда реакция проходит по атому, принимающему участие в системе водородных связей. [c.282]

Структура ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, из пространственных моделей, предполагает наличие в молекуле двух цепей (тяжей), которые только при репликации временно образуют отдельные участки, не скрепленные водородными связями. Однако открытие у некоторых бактериофагов однотяжевой ДНК, для которой А =Т и Г=5 Ц [1], заставило по-новому взглянуть на природу нативной ДНК. Существование РНК в однотяжевой форме общеизвестно [2). Следовательно, вопрос о конформациях однотяжевых полимеров важен не только для понимания строения и функций обычных двухтяжевых нуклеиновых кислот, но представляет и самостоятельный интерес. [c.166]

Понятно, что первые исследователи были приведены в замешательство открытием, каких размеров может достигать полипептид-ная цепь в некоторых белках, согласно оценкам их молекулярной массы. Некоторые авторы [3] пришли к заключению, что имеющаяся конфигурация действует таким образом, что помогает молекуле гораздо сильней уплотниться, чем это можно было ожидать на основании простейших и наиболее очевидных предположений . Большие успехи в исследовании биополимеров, таких как белки н нуклеиновые кислоты, а также становление молекулярной биологии в значительной степени произошли в результате понимания того факта, что такие ограничения, накладываемые на форму и размер частиц, действительно существуют. Определение точной пространственной структуры белков с помощью кристаллографической техники и в ряде случаев исследования, которые показали дискретные изменения в конформации белков, когда они вступали в [c.219]

Всевозрастающее значение приобретает химия полимеров. Полимеры— химические соединения с большой молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов единиц. Большинство таких макромолекул состоят из повторяющихся группировок, звеньев, например целлюлоза, поливинилхлорид, поликапроамид, а также полимеры живых организмов белки, нуклеиновые кислоты. Если выделить вещества с молекулами из таких отдельных группировок или фрагментов, полностью сохранив их строение, то будут утеряны почти все полезные свойства полимеров. Именно способность макромолекул приобретать в процессе увеличения, рск та полимерной цепи или объемной пространственной структуры особые качества выделила науку о полимерах в самостоятельную ветвь органической химии. Полимеры, пожалуй, наиболее многочисленный класс химических соединений, исчисляемый миллионами. Это и природные высокомолекулярные соединения и синтетические каучуки, химические волокна, лаки, краски, иониты, меи и, конечно, пластмассы. [c.32]

Здесь и далее мы испо.пьзуем термин первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры нуклеиновых кислот в следующем смысле. Первичная структура — последовательность пуклеозндпых звеньев, соединенных фосфо-диэфирной связью в непрерывную и неразветвленную полинуклеотидную цепь. Вторичная структура — в случае одноцепочечных, главным образом монотонных полинуклеотидов, — пространственное расположение нуклеозидных звеньев, обусловленное межплоскостным взаимодействием оснований. В случае двух комплементарных цепей вторичная структура представляет собой жесткую двойную спираль, стабилизованную как ме.жплоскостным взаимодействием соседних оснований в пределах одной цепи, так и водородными связями между противолежащими основаниями в параллельных цепях. Третичная структура образуется в результате реализации наряду с двухспиральными иных типов фиксированной укладки полинуклеотидных цепей. Четвертичная структура — пространственное расположение взаимодействующих макромолекул (обычно полинуклеотидов и полипептидов) в нуклеопротеидах — рибосомах, вирусах и т. д. [c.16]

Водородные связи играют важную роль в формировании пространственной структуры высокомолекулярных соединений — белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот (см. 11.3 12.3.1 13.2). [c.40]

В результате учебник построен, как и первое издание, из десяти глав. После гл. 1, представляющей собой биологическое введение к курсу, в гл. 2 излагаются данные об основных химических компонентах живой материи. Эта глава, как гл. 3, посвященная пространственной структуре биополимеров и роли ее в биологических функциях белков и нуклеиновых кислот, подверглись лишь незначительному редактированию. Изложение вопроса о ферментах в гл. 4—6 несколько перекомпоновано. В основном изменение состоит в том, что вопрос о механизме действия ферментов перенесен в конец изложения учения о ферментах, поскольку он в равной мере относится и к матричному биосинтезу и поэтому не должен ему предшествовать. Кроме того, в гл. 6, посвященной вопросу о механизме действия ферментов, введены параграфы о рибозимах и о динамических аспектах ферментативного катализа, поскольку именно эти аспекты становятся горячей точкой современного учения о ферментативном катализе. [c.7]

В следующих сборниках будут опубликованы обзоры, в которых за основу обсуждения конформаций приняты не только взаимодействия отдельных атомов, но и взаимодействия многоатомных групп, а также модели, служащие для описания влияния растворителя. Предполагаемые темы обзоров Г. Конформации сахаров и полисахаридов 2. Потенциальные функции и гибкость полимеров 3. Критический анализ потенциальных функций 4. Пространственная структура белков 5. Конформации нуклеиновых кислот 6. Модели структуры т-РНК 7. Теория перехода спираль —клубок в синтетических и биологических макромолекулах. [c.5]

Анализ последовательностей РНК важен с различных позиций. К настоящему моменту уже определены последовательности более 100 видов тРНК [34], Выяснение последовательности дрожжевой тРНК в сочетании с данными рентгеноструктурного анализа было важным как для определения пространственной структуры этой молекулы (см. рис. 22.1,6 и 22.1,7 в гл. 22.1), так и для подтверждения правильности определения структуры белков. Однако, возникающая возможность изучения взаимосвязи между структурой нуклеиновых кислот и их биологической функцией является даже более важной перспективой. Детальное знание механизмов транскрипции и трансляции во многом зависит от наличия информации о последовательностях разных видов РНК. Простым примером является получение молекул тРНК из их предшественников [c.194]

Данные о структуре тРНК свидетельствуют о том, что нативные молекулы тРНК имеют примерно одинаковую третичную структуру, которая отличается от плоской структуры клеверного листа большой компактностью за счет складывания различных частей молекулы. Следует указать на существование у ряда вирусов (реовирус, вирус раневых опухолей растений и др.) природных двухцепочечных РНК, обладающих однотипной с ДНК структурой. При физиологических значениях pH среды, ионной силы и температуры создаются условия для образования в одноцепочечных матричных и рибосомных РНК множества участков с двойной спиралью ( шпильки ) и дальнейшего формирования комплементарных участков, определяющих в известной степени жесткость их третичной структуры (рис. 3.4). В настоящее время получены доказательства значимости ван-дер-ваальсовых (диполь-дипольных и лондоновских) связей между азотистыми основаниями в стабилизации общей пространственной конфигурации нуклеиновых кислот. [c.113]

В нуклеиновых кислотах остатки, участвующие в образовании водородных связей с комплементарными гетерощ1клами, имеют, как правило, резко сниженную реакционную способность но сравнению со свободными гетероциклами. Например, реакция (VII.2) остатков аденина и цитозина с галогенацетальдегидами проходит с участием экзоциклической аминогруппы и атома азота гетероцикла, которые являются непосредственными участниками уотсон-криковских взаимодействий (см. рис. 26). Поэтому в этенопроизводные легко превращаются остатки, находящиеся в однонитевых участках, и существенно труднее — остатки, образующие двуспиральную структуру. Реагенты, различающие одно- и двунитевые структуры полинуклеотидов, широко используются для детального изучения вторичной структуры нуклеиновых кислот, в частности для выявления шпилечных структур. В табл. 7.7 приведены некоторые реагенты, широко применяемые для изучения пространственной структуры белков и нуклеиновых кислот методом химической модификации. [c.324]

Гетероциклические основания, входящие в состав обычных компонентов нуклеиновых кислот, являются квазиароматическими соединениями (см. гл. 3), для которых условием эффективного взаимодействия л-электронов в кольце является к рданарность входящих в него атомов. Соответственно этому остатки гетероциклических оснований нуклеиновых кислот можно в первом приближении считать плоскими, что и используется обычно в современных пространственных моделях структуры нуклеиновых кислот и нуклеотидов. [c.124]

При действии же ионизирующей радиации могут появи1ь-ся такие условия, при которых взаимодействие радикалов с другими веществами будет преобладать над скоростью их рскомбинироваиия. Все это может иметь для клетки роковые последствия [7, 8], но, по-видимому, условия внутри клетки неблагоприятны для такого механизма. Стало ясным, что в организме существует много уязвимых мест разной степени чувствительности. Прежде всего их надо искать среди высокомолекулярных соединений, биологическая активность которых зависит от особенностей их пространственной конфигурации. Наиболее чувствительными в этом огноитении оказались структуры нуклеиновых кислот. Но в клетке есть, несомненно, и другие очень чувствительные образования, биологическая функция которых зависит от определенной структурной конфигурации. Такая же специфичность действия ингибирующей радиации, как возникновение цепных реакций внутри к.тетки, относится к теории [8] мишени . В применении к живым организмам понятие мишень приобретает более широкий смысл. [c.69]

Ионы хлора образуют решетку, идентичную решетке, образуемой ионами цезия. Поэтому отражения от плоскостей, содержащих ионы хлора, возможны точно под теми же углами, что и от плоскостей, содержащих ионы цезия. В рассматриваемом случае плоскости ионов хлора располагаются точно посередине между плоскостями ионов цезия, и расстояние между этими плоскостями составляет //2. Поэтому волны, отраженные от плоскости ионов хлора, будут смещены по сравнению с волнами, отраженными от соседней плоскости ионов цезия, на величину 51п0. При нечетных п эти волны смещены на половину волны и гасят друг друга. Однако в силу различий в амплитуде колебаний рассеяния (она существенно меньше для менее интенсивно рассеивающих ионов хлора) гашение будет неполное, т. е. рефлексы наблюдаются. При четных п волны, рассеянные от обеих плоскостей, совпадают по фазе, и рассеяние от ионов хлора будет несколько усиливать рассеяние от ионов цезия. Следовательно, рассеяние от системы плоскостей, содержащих грани элементарной ячейки, более интенсивно под углами 22 и 48,52°, чем под тремя остальными углами. Рассеивание от системы плоскостей, содержащих диагонали граней элементарной ячейки, под углом 31,95° существенно сильнее, чем под углами 15,34 и 52,54°. Следовательно, распределение интенсивности между рефлексами содержит информацию о распределении атомов в пределах элементарной ячейки, т. е. о структуре частиц, составляющих ячейку. Именно этим обстоятельством определяется возможность применения дифракции рентгеновского излучения для определения структуры молекул в кристаллах. Кристаллы, построенные из сложных молекул, дают очень сложную картину распределения интенсивностей отдельных рефлексов. Однако по ней можно полностью восстановить расположение отдельных атомов в элементарной ячейке и тем самым установить полную пространственную структуру молекул, из которых построен кристалл. Используя некоторые дополнительные приемы и применяя для расчетов быстродействующие электронно-вычислительные машины, удается получить пространственную структуру даже таких сложных молекул, как белки и нуклеиновые кислоты. [c.185]

При поиске решения структурной проблемы белка особенно вдохновляющими примерами явились результаты теоретических исследований Л. Полинга и Р. Кори регулярных структур полипептидов [53] и Дж. Уотсона и Ф. Крика двойной спирали ДНК [54]. В этих работах с помощью простейшего варианта конформационного анализа - проволочных моделей, получивших позднее название моделей Кендрью-Уотсона, а также ряда экспериментальных данных, прежде всего результатов рентгеноструктурного анализа волокон (в случае ДНК еще и специфических соотношений оснований Э. Чаргаффа), удалось предсказать наиболее выгодные пространственные структуры полимеров. Собственно, предсказана была как в случае пептидов, так и нуклеиновых кислот, геометрия лишь одного звена, которое в силу регулярности обоих полимеров явилось трансляционным элементом. Белок же - гетерогенная аминокислотная последовательность, и поэтому таким путем предсказать его трехмерную структуру нельзя. Но то обстоятельство, что простейший, почти качественный, конформационный анализ привел к количественно правильным геометрическим параметрам низкоэнергетических форм звеньев, повторяющихся в гомополипептидах и ДНК, указывало на большие потенциальные возможности классического подхода и его механической модели в описании пространственного строения молекул. [c.108]

Единственным методом, который позволяет определить пространственные координаты большинства атомов биополимера (как правило, всех, кроме атомов водорода), является рентгеноструктурный анализ. Он применим к тем биополимерам, которые могут быть получены в виде кристаллов достаточно большого размера, по крайней мере несколько десятых долей миллиметра. Для биополимеров, имеющих вытянутую периодическую пространственную структуру, например для двунитевых спиральных структур нуклеи1швых кислот, геометрические параметры, описывающие основные элементы структуры, могут быть получены исследованием дифракции рентгеновских лучей на ориентированных нитях этих биополимеров. Именно такие данные, полученные для нитей ДНК английскими учеными Уилкинсоном и Розалинд Франклин, позволили Уотсону и Крику предложить пространственную структуру ДНК в виде двойной спирали. Возможность получения белка, нуклеиновой кислоты или их комплекса в виде кристалла достаточно высокого качества является основным ограничением на пути исследования пространственной структуры биополимеров. Одним из факторов, осложняющих кристаллизацию, является неизбежное возникновение конвекционных токов. В связи с этим определенные надежды на улучшение процедур кристаллизации возлагаются на выращивание кристаллов в условиях невесомости на орбитальных космических станциях. [c.309]

Изучение пространственных моделей и построение математических моделей позволяют предположить существование таких свойств упорядоченных конформаций углеводных цепей, по которым они отличаются от конформаций других важных биополимеров— белков и нуклеиновых кислот. Во-первых, углеводные цепи значительно жестче и, следовательно, число форм, которые может принимать полисахаридная цепь, более ограничено из-за пространственных запретов. Расчет по методу твердых сфер для цепей, в которых последовательно соединенные остатки разделены двумя связями, показывает, что обычно реализуется лишь 5 % возможных конформаций цепи [18]. Во-вторых, изменение последовательности углеводных остатков в полисахаридной цепи может приводить к гораздо более начительному изменению стереохимии молекулы, чем изменени порядка расположения аминокислотных или нуклеотидных остатков, поскольку в случае полипептидов или полинуклеотидов происходит перестройка лишь боковых цепей при сохранении структуры основной цепи, тогда как в полисахаридах изменение конфигурации или положения гликозидной связи ведет к существенным изменениям именно в основной цепи. В-третьих, углеводные цепи часто имеют разветвленную структуру с различным типом связей в точках ветвления, и взаимодействие [c.285]

Современное естествознание пользуется двумя главными методами для изучения строения вещества. Эти методы — химия и оптика в щироком смысле слова, т. е. изучение взаимбдействия вещества со светом во всем допустимом диапазоне длин электромагнитных волн — от рентгеновских до радиоволн. Химия рас-щифровывает первичную структуру белковых цепей, а также структуру функциональных центров белковых глобул, а частности активных центров ферментов (см. гл. 6). Однако химия (биохимия) как таковая не может установить пространственное строение молекулы белка или нуклеиновой кислоты. [c.265]

По происхождению все полимерные материалы делятся на природные (биополимеры), например белковые соединения, нуклеиновые кислоты, смолы, и синтетические — полученные искусственным путем полиэтилен, полипропилен, фторопласты и многие другие. Атомы или атомные группы в макромолекуле полимера могут располагаться в виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например, каучук натуральный), цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например, ами-лопектин), могут обладать более сложными структурами типа лестничных структур или трехмерной сетки (пространственно-сегчатые структуры) (рис. 1.4.36.) [c.107]

Фундаментальную роль в пространственной организации отдельных клеток и живых организмов и в протекании биохимических процессов играет способность молекул белков и нуклеиновых кислот к опознаванию строго определенных партнеров, которая выражается в резко преимущественном образовании комплексов именно с этими партнерами. Возможность высокоспецифичного образования комплексов обеспечивается наличием у биополимера набора функциональных групп, предназначенных для взаимодействия с адекватным набором групп в узнаваемой молекуле. Пространственная структура биополимера обеспечивает взаимное расположение этих функщюнальных групп, оптимальное для такого взаимодействия. [c.9]

Само название нуклеиновые кислоты (от лат. nu leus — ядро) показывает, что открыты они были как составная часть клеточного ядра, в котором действительно присутствуют оба класса нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Основным местом локализации ДНК являются структуры клеточного ядра — хромосомы, в которых ДНК находится в виде комплексов с белками — дезоксирибонуклеотидов. ДНК ( 1% от общего количества) также обнаружена в митохондриях всех типов эукариотических клеток и в хлоропластах растительных клеток. В структуре ядерной ДНК заложена информация о видовых специфических признаках, которые определяют характер данной клетки и всего организма и передаются по наследству. В цитоплазме клеток имеются значительные количества РНК, участвующие в реализации генетической информации. Важными открытиями в изучении нуклеиновых кислот, удостоенными Нобелевской премии, явились установление пространственной структуры ДНК Дж. Уотсоном, Ф. Криком и М. Уилкинсом, ферментативный синтез в бесклеточной системе биологически активной ДНК, осуществленный А. Корн-бергом и С. Очоа, блестящие исследования М. Ниренберга, Р. Холи и X. Корана, послужившие предпосылкой для расшифровки генетического кода. [c.171]