Молекулярная структура нуклеиновых кислот

Измерение спектров дисперсии оптического вращения (ДОВ) и кругового дихроизма (КД) получило широкое распространение как метод конформационного анализа оптически активных соединений. Особенно методы ДОВ и КД используются в органической химии, биохимии, энзимологии и молекулярной биологии. Данными методами исследуются белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, стероиды, углеводы и полисахариды, вирусы, митохондрии, рибосомы, фармакологические средства, синтетические полимеры, координационные соединения, неорганические и редкоземельные комплексы, кристаллы, суопензии и пленки и т. п. и решаются следующие задачи 1) определение по эмпирическим пра вилам конформации и ее изменений под действием различных физико-химических воздействий 2) изучение механизма и кинетики химических реакций (особенно ферментативных) 3) получение стереохимических характеристик 4) измерение концентраций оптически активных веществ 5) определение спиральности макромолекул 6) получение электронных характеристик молекул 7) исследование влияния низких температур на конформацию соединений 8) влияние фазовых переходов типа твердое тело — жидкость — газ на изменение структуры. [c.32]

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Такая цепь стабилизируется 3, 5 -фосфодиэфирными связями. Поскольку молекулярная масса нуклеиновых кислот колеблется в широких пределах (от2 10" до 10 —10 ), установить первичную структуру всех известных РНК и особенно ДНК весьма сложно. Тем не менее во всех нуклеиновых кислотах (точнее, в одноцепочечной нуклеиновой кислоте) имеется один и тот же тип связи-3, 5 -фосфодиэфирная связь между соседними нуклеотидами. Эту общую основу структуры можно представить следующим образом [c.105]

Одной из самых интригующих и перспективных задач современной науки является изучение механизма и движущих сил процессов, происходящих в живом организме. Решение этих проблем позволит перейти на качественно новый уровень развития фундаментальных и прикладных наук, таких как медицина, биотехнология и фармакология. В области химических наук толчком к началу исследования процессов молекулярного узнавания в биосистемах послужило открытие в конце бО-х годов искусственных молекул (краун-эфиров), способных к специфическому распознаванию других химических частиц. В последующие годы бурное развитие получил синтез соединений, способных к самоорганизации. На рубеже 80-90-х годов сформировалась новая область знаний, получившая название "супрамолекулярная химия". У ее истоков стоят работы трех нобелевских лауреатов 1987 года -Ч. Педерсена, Д. Крама и Ж.-М. Лена [1-3]. По определению Лена [4], супрамолекулярная химия - это химия межмолекулярных связей, изучающая ассоциацию двух и более химических частиц, а также структуру подобных ассоциатов. Она лежит за пределами классической химии, исследующей структуру, свойства и превращения отдельных молекул. Если последняя имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходит разрыв и образование валентных связей, то объектами изучения супрамолекулярной химии служат нековалентные взаимодействия водородная связь, электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры "без связи". Как известно, энергия невалентных взаимодействий на 1-2 порядка ниже энергии валентных связей, однако, если их много, они приводят к образованию прочных, но вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Именно сочетание прочности и способности к быстрым и обратимым изменениям - характерное свойство всех биологических молекулярных структур нуклеиновых кислот, белков, ферментов. [c.184]

Каким же образом связана структура нуклеиновых кислот с их функциями в наследственности Нуклеиновые кислоты контролируют наследование свойств на молекулярном уровне. Двойная спираль ДНК является хранилищем наследственной информации организма. Информация записана в виде последовательности оснований в полинуклеотидной цепи это сообщение, написанное при помощи алфавита, состоящего из четырех букв — А, Г, Т и Ц (аденин, гуанин, тимин и цитозин). [c.1064]

Электрофорез в полиакриламидном геле также используется для оценки молекулярной массы нуклеиновых кислот. Применительно к таким огромным молекулам, каковыми являются даже простейшие ДНК, например ДНК не особенно крупных вирусов или митохондриальные ДНК, этот подход мало эффективен, но он широко применяется для оцэнки размеров фрагментов двунитевых ДНК, на которые их разрезают на первых этапах работы по установлению первичной структуры. Этот вопрос несколько подробнее рассмотрен в 7.8. [c.268]

Во всем предыдущем изложении поляризуемость рассматривалась как скаляр. В действительности же поляризуемость несферической электронной системы — молекулы или атомной группы — тензорная величина, имеющая различные значения по разным направлениям в молекуле. Это необходимо учитывать при рассмотрении взаимодействия на малых расстояниях, в частности при плотной упаковке молекул в кристаллах и жидкостях. Сама упаковка молекул в молекулярных кристаллах обусловлена анизотропными дисперсионными силами [27]. Так, плоские л-электронные системы — ароматические соединения, азотистые основания (см. стр. 83) и т. д. — сильнее всего взаимодействуют при параллельном расположении. Эти взаимодействия по существу и определяют вторичную структуру нуклеиновых кислот (см. гл. 8). [c.195]

Возможность определения молекулярных весов полимеров обусловливает применимость гель-хроматографии для разделений в биохимических исследованиях [16], например при исследовании ферментов и гормональных препаратов, при выяснении структуры протеинов, в химии нуклеиновых кислот, при разделении вирусов и т. д. [c.351]

О. Ф. Борисова, А. Н. Суровая, Применение флуоресцирующих красителей для изучения структуры нуклеиновых кислот, в сб. Молекулярная биология , т. 1 (Итоги науки и техники, ВИНИТИ АН СССР), 1972. [c.353]

Три важнейших представителя природных волокнистых материалов являются белками (шерсть, натуральный шелк, кожа) и один полисахаридом (хлопок). Несмотря на огромные успехи молекулярной биологии и биоорганической химии по установлению структур нуклеиновых кислот и белков, строение этих биополимеров пока не установлено. Имеются лишь разрозненные сведения о некоторых деталях структуры отдельных представителей. [c.163]

В молекулярной биологии широко используется способность денатурированных ДНК ренатурировать с восстановлением исходной двуспиральной структуры. Она лежит в основе метода молекулярной гибридизации нуклеиновых кислот, который позволяет выявлять степень сходства различных ДНК (а также РНК). Для этого денатурированную ДНК (если изучается гибридизация двух различных нуклеиновых кислот, то одна из них несет радиоактивную метку) помещают в условия, оптимальные для образования двойных спиралей (ионная сила раствора — около 0,2 температу за — на 10—20 "С ниже Тт нативной ДНК). В случае полностью комплементарных цепей ДНК со временем они целиком превратятся в двуспиральные молекулы. Если в смеси присутствуют как комплементарные, так и некомплементарные цепи ДНК, то после ренатурации первых тем или иным способом определяют долю двуспиральных молекул. В настоящее время широко распространены методы, когда денатурированные молекулы ДНК одного типа закрепляются на нитроцеллюлозных фильтрах, которые затем помещают в раствор ДНК (или РНК) другого типа. После образования двуспиральных комплексов на фильтрах они легко могут быть отмыты от несвязав-шейся ДНК- Этот же подход используется при выявлении цепей ДНК (или РНК), комплементарных другим ДНК (или РНК), после разделения их электрофорезом в гелях. [c.30]

Направление научных исследований изучение структуры и физико-хи-мических свойств высокомолекулярных соединений (реологические, электронные, термодинамические свойства) полимеризация в различных условиях получение новых полимеров специальные исследования по полимеризации диенов (синтетический каучук) получение блок-сополимеров и привитых сополимеров исследования в области катализа молекулярная биология нуклеиновые кислоты и нуклеопротеины. [c.336]

Около ста лет классическое представление о молекулах как о наименьших кирпичиках , из которых построено химическое вещество, служило руководящей идеей для молекулярных архитекторов . Из природных веществ были выделены тысячи разнообразных кирпичиков . Синтезированы сотни тысяч новых типов молекул, исследованы их свойства и действие. К настоящему времени зарегистрировано более четырех миллионов химических соединений. Среди них такие, которые нашли применение как горючее, моющие средства, пахучие вещества, ядохимикаты. Представления о макромолекулах насчитывают едва пятьдесят лет. Но они позволили создать множество технических полимеров — материалов для изготовления упаковочных пленок, пенопластов, автомобильных шин, кабельной изоляции или синтетических волокон и тканей. Пока трудно предвидеть последствия, которые даст познание структуры нуклеиновых кислот и их функции как вещества наследственности и носителя информации при биосинтезе белков. 1 3 [c.163]

Даже до того, как была полностью расшифрована структура нуклеиновых кислот, стало ясно, что информация должна передаваться в направлении ДНК— -белки, а не наоборот. Это положение, известное как центральная догма молекулярной биологии , соответствует представлениям Вейсмана о том, что генетическая информация передается в одном направлении — от зародышевой плазмы к соме. Однако, несмотря на то что центральная догма и концепция Вейсмана совместимы, между ними все же есть различие. Первая запрещает поток информации от цитоплазмы клетки к ее ядру, а вторая — от клеток одного типа (соматических) к клеткам другого типа (зародышевой линии). Обе отрицают ламаркизм. Но если центральная догма нерушима, вейсманизм уязвим, по крайней мере в принципе. Известны, например, вирусы, способные переносить нуклеиновые кислоты из одной бактериальной клетки, выращиваемой в культуре, в другую такую клетку, и это, в сущности, составляет один из основных методов генетической инженерии. Нет причин, в силу которых не могла бы происходить такая же передача информации от клетки к клетке в многоклеточных организмах, а раз так, то почему информация не может передаваться от соматических клеток половым Исходя из этих соображений [c.39]

Количество различных типов нуклеиновых кислот в вирусном препарате и их молекулярные массы можно установить с помощью гель-электрофореза, который используют и для определения типа и структуры нуклеиновой кислоты (см. разд. 4.2.2). Детальное описание методов гель-электрофореза нуклеиновых кислот имеется в руководстве [И]. Ниже приведены описания некоторых методов, не вошедших в эту книгу. [c.39]

Воспроизводимое фракционирование однонитевых молекул ДНК и РНК, а также определение их молекулярной массы по скорости миграции в геле оказываются возможными только при сохранении условий денатурации в ходе самого электрофореза. Поэтому во всех случаях, когда нет необходимости сохранить нативную структуру, нуклеиновые кислоты предпочитают фракционировать электрофорезом в денатурирующих условиях, или, как говорят, в денатурирующих гелях. Это означает, что внутри геля создается среда, препятствующая комплементарному спариванию одинарных нитей нуклеиновых кислот или их участков. [c.129]

Однако следует отметить, что фракционирование в градиенте плотности сахарозы зависит не только от молекулярного веса, но и от вторичной структуры нуклеиновых кислот. Например, для ДНК вируса полиомы обнаружены два компонента с одинаковым молекулярным весом, но с разным коэффициентом седиментации 208 и 168 [297, 820]. Первый из них обладает скрученной циркулярной формой, а второй — простой циркулярной формой, т. е. в данном случае конформационное изменение молекул ДНК сопровождается изменением ее седиментационных свойств. [c.177]

Молекулярное узнавание является одним из наиболее фундаментальных свойств систем, с которыми имеют дело биохимики, и конкретные примеры комплементарных структур будут неоднократно приводиться в первую очередь при описании структуры нуклеиновых кислот и при рассмотрении механизма ферментативного катализа. Поэтому здесь приведен лишь один умозрительный пример структуры организованной для узнавания аминокислоты Ь-аспарагина. Эта аминокислота имеет несколько групп, которые могут участвовать во взаимодействии с узнающим ее белком,- заряженные амино- и карбоксильную группы и фрагмент СОШг, способный одной своей частью выступать в качестве донора, а другой — в качестве акцептора протона при образовании водородных мостиков. Поэтому [c.77]

Одно из более сложных применений молекулярной селекции нуклеиновых кислот связано с попытками создать на этой основе рибозимы с новыми каталитическими функциями. С этой це.пью необ.ходимо создать новые методы селекции. Как уже говорилось в 6.4, открытие рибозимов вызвано повышенный интерес к возможности участия рибозимов на первых этапах эволюции. Для этой цели необходимы рибозимы с синтетическими функциями. Ниже приводится пример получения с помощью молекулярной селекции нуклеиновых кислот фермента, катализирующего реакцию соединения двух олигорибоиуклеотидов, один из которых (донорный) несет на 5 -конце трифосфатную группу, с помощью которой с отщеплением пирофосфата осуществляется образование новой межнуклеотидной связи с 3 -ОП-группой акцепторного олигонуклеотида. Эта реакция по своему типу идентична реакции элонгации полинуклеотидной цепи, в ходе которой осуществляется перенос нуклеотидного остатка от нуклеозид-5 трифосфата на 3 -ОН-группу растущей полинуклеотидной цепи. С.хема селекции представлена на рис, 87. Для большей эффективности этого процесса трифосфатная группа и 3 -ОН-группа донора долясны быть сближены. Это можно сделать создав конструкцию (рис. 87, а), в которой эти две группы оказываются комплементарными соседним нуклеотидам стебля в шпилечной структуре. Па 5 -конце акцепторного [c.307]

Для получения аэрогелей полимеров в качестве объектов были выбраны аморфные стеклообразные полимеры — блочный полистирол с температурой стеклования около 85° и молекулярным весом, определенным по характеристической вязкости, порядка 2 10 и циклолинейный полифенилсилоксан, имеющий температуру стеклования выше 300° и молекулярный вес порядка 5 10 . Оба эти полимера хорошо растворимы в бензоле. Полифенилсилоксан является весьма оригинальным и необычным полимером (рис. 2) [3]. Молекулы его имеют спиралевидную форму и состоят из двух полисилоксановых цепей, сшитых полиси-локсановыми связями и обрамленных фенильными радикалами. Такая форма Молекул приводит к их ожестчению и является основным фактором, определяющим возможность получения из этого полимера аэрогелей. Полифенилсилоксан прекрасно моделирует двойную цепочечную структуру нуклеиновых кислот молекулы его в растворе в отличие от остальных силоксановых полимеров не сворачиваются в глобулы, а имеют форму палочек. [c.614]

Книга Стенпи Манделеса, русский перевод которой предлагается вниманию читателей, посвящена одной из очень интересных и важных проблем биоорганической химии - выяснению первичной структуры нуклеиновых кислот. Решение этой проблемы, т.е. установление точной последовательности мононуклеотидных звеньев в цепи природных биополимеров, является одним из важнейших этапов в расшифровке молекулярных механизмов процессов жизнедеятельности. [c.5]

Многие макромолекулы представляют собой спирали, в которых молекулы одного компонента обвиваются вокруг молекул второго компонента. Путь к некоторому пониманию природы таких структур был найден только недавно. Как было доказано, молекулярная структура дезоксирибонуклеиновой кислоты похожа на соединение включения. Согласно Фогель-ману [96] и др. [83], спираль нуклеиновой кислоты имеет нарезку в виде бегущей через макромолекулу винтовой линии. По мнению исследователей, прот-амины связываются с нуклеиновой кислотой за счет соединения в таком рве , и биологическая активность нуклеиновых кислот объясняется в какой-то мере особенностями такой необычной структуры. Фреско и Альберте [101, 102] провели несколько интересных наблюдений над структурой дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и над тем возможным путем, по которому мутагены проникают п молекулы. [c.146]

Следовательно, необходимо, чтобы состав белков мог меняться в широких пределах, так чтобы они узнавали различные субстраты и взаимодействовали с ними. Для некоторых белков требуется присутствие других соединений (небелковой природы) для участия в процессах узнавания и превращения. Такие соединения называются коферментами. Поэтому можно заранее сказать, что катализаторы белковой природы, или ферменты, должны обладать высокой степенью упорядоченности и организации. Кроме того, вся необходимая информация должна быть записана наиболее компактным образом. Такие упорядоченные биополимеры, с помощью которых работает и самовоспроизводится двигатель внутреннего сгорания клетки, также должны совершеиио точно воспроизводиться. Было установлено, что действие ферментов высокоспецифичио структуре субстратов. Следовательно, информация о молекулярной организации белков (ферментов) должна надежно храниться, будучи записанной на стабильном, относительно консервативном языке. И вот тут-то выходят на сцену нуклеиновые кислоты. Значит, существует еще одно соответствие [c.15]

Хотя уже первые исследователи установили малую устойчивость нуклеиновых кислот, все же в течение многих лет применялись довольно жесткие условия их выделения. Отчасти из-за этого исследование нуклеиновых кислот, особенно в отношении состава оснований, молекулярного веса, числа вторичных фосфатных групп по отношению к числу первичных, дает результаты, которые хотя и характеризуют сильно разрушенные изучаемые образцы, но едва ли соответствуют нуклеиновым кислотам in vivo. С появлением мягких методов выделения обрисовалась более точная картина, но даже и теперь известны лишь наиболее общие черты структуры нуклеиновых кислот. [c.364]

После того как было установлено, что рибонуклеиновые кислоты состоят в основном из четырех мононуклеотидных единиц, в течение многих лет отсутствовали точные сведения относительно характера межнуклеотидных связей и поэтому было высказано множе- ство предположений. Многие предполагаемые структуры включали пирофосфатные, полифосфорные, эфирные и фосфоамидные связи, но относительно простая тетрануклеотидная структура, предложенная Левиным [65, 66] и содержавшая фосфодиэфирные связи между углеводными компонентами нуклеозидов, лучше всего, как позже было выяснено, соответствовала действительности. Хотя в настоящее время тетрануклеотидная теория строения нуклеиновых кислот полностью оставлена, уместно, быть может, упомянуть, что эта теория была в свое время значительно точнее тринуклеотидной теории [67, 68], с которой она находилась в оппозиции, и что, как писал сам Левин, с другой стороны, нужно иметь в виду, что истинный молекулярный вес нуклеиновых кислот до сих пор еще неизвестен. Тетрануклеотидная теория (заметьте) — это минимальный молекулярный вес, а нуклеиновая кислота может представлять кратное его умножение [69]. Кроме того, возможно, что материал, названный тогда нуклеиновой кислотой, был очень низкого молекулярного веса и средняя длина его цепи составляла пять или [c.371]

Различают два типа нуклеиновых кислот, а именно дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Первые находятся в ядрах клеток, другие — в хромосомах и цитоплазме клеток. Молекулы ДНК переносят наследственную информацию, которая закодирована в их структуре. Они способны репродуцироваться и служат матрицей при синтезах РНК. Рибонуклеиновые кислоты передают полученную от ДНК информацию, управляя синтезом тысяч различных белков, содержащихся в живых клетках. В настоящее время эти процессы детально исследованы на молекулярном уровне, и мы отсылаем интересующихся подробностями к современной биохимической литературе. [c.216]

Книга содержит сжатое, но многостороннее изложение методов определения первичной структуры нуклеиновых кислот, включая способы выделения и очистки, методы ферментативной и химической деградации, физические методы исследования. Большое внимание в книге уделено изложению практических аспектов описываемых методов, так что она может служить не только основой для теоретического изучения проблемы, но и справочником и даже (в известных пределах) прямым руководством для экспериментальной работы. Книга предназначена для широкого круга лиц, работающих в области биоор-ганической химии, биохимии и молекулярной биологии, - научных сотрудников, аспирантов, студентов старших курсов, а также для физиков, химиков и биологов, интересующихся нуклеиновыми кислотами. [c.4]

Определение последовательности оснований необходимо начать с выбора нуклеиновой кислоты и методов определения. Очень часто оба выбора взаимосвязаны, так как один метод может быть пригодным только для небольших молекул, другой окажется единственным эффективным методом в случае нуклеиновых кислот большего размера или отличающихся какими-либо структурными особенностями. Разумеется, пригодность препарата нуклеиновой кислоты во многом зависит от его чистоты. Желательно и фактически необходимо иметь молекулярно-гомогенную нуклеиновую кислоту с минимальным содержанием продуктов разрыва цепи. Уже небольшое количество (5-10%) таких примесей может препятствовать однозначному определению последовательности. Даже в случаях, когда требования к молекулярной гомогенности не столь высоки, переход от неоднозначных результатов к правильной структуре требует тем меньше экспериментов, чем более молекулярно-гомогенна нуклеиновая кислота. Рекомендуется также располагать препаратом, не содержащим примесей ненуклеотидного характера, таких, как нукле-азы и другие белки, которые могут мешать анализу и интерпретации полученных данных. [c.24]

Различные атомы (за исключением атомов водорода) можно дифференцировать, начиная с разрещения около 2 Я, что не выходит за рамки возможностей современной аппаратуры. Поэтому многие исследователи оптимистически оценивают перспективы использования рентгеноструктурного анализа для установления первичной структуры нуклеиновых кислот. Впрочем, этот оптимизм редко относится к молекулам нуклеиновых кислот, крупнее, чем тРНК или 5 S РНК, вследствие усложнения дифракционной картины по мере увеличения молекулярного веса. Даже для анализа тРНК потребовалась бы информация относительно положений примерно 1600 атомов, не считая атомов водорода. Тем не менее можно сформулировать план использования рентгеноструктурного анализа для выяснения первичной структуры тРНК, включающий следующие стадии [c.208]

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]

Только что описанные нами методики с использованием ЯМР представляют собой в совокупности едва ли не самый эффективный из имеющихся в нащем распоряжении методов изучения структуры нуклеиновых кислот в растворе. Как мы вскоре увидим, они могут также оказаться чрезвычайно полезными в изучении отдельных этапов конформационных переходов нуклеиновых кислот. Методики с использованием ЯМР были применены также к исследованию несколько больщих молекул РНК, например 5S-pPHK. Похоже, однако, что применение ЯМР для изучения еще больщих молекул РНК будет сопряжено с серьезными трудностями. Число линий от спаренных оснований будет при этом возрастать, к тому же ббльшие значения молекулярных масс почти неизбежно приведут к увеличению времен вращательной корреляции, когда из-за ущирения линий, обусловленного дипольными взаимодействиями, значительно ухудшается спектральное разрешение. [c.418]

Биохимия Молекулярная биология Исследование средних характеристик электронной структуры биохимических объекгов, смесей белков, нуклеиновых кислот и т д. [c.79]

Вещества с молекулярной структурой характеризуются тем, что они образованы из молекул, связанных друг с другом силами Ван-дер-Ваальса или водородной связью. К таким веществам, например, относятся простые вещества (Н2, N2, О2, галогены, 8в), неорганические (Н2О, ЫНз, НР, СО2, N204) и органические соединения (спирты, кислоты), а также кристаллы некоторых координационных металлорганических и органических соединений (типичный представитель нафталин), в том числе полимеров, белков, нуклеиновых кислот. [c.132]