Стэкинг-взаимодействия

Другой тип кооперативности в молекуле белка обнаруживается при обратимом конформационном переходе между а-спиралью и беспорядочным клубком. Если создать условия, при которых более устойчивой является спиральная конформация, то все молекулы, которые находятся в состоянии беспорядочного клубка, быстро примут форму спирали. Аналогичным образом в условиях, при которых более устойчивой конформацией является беспорядочный клубок, все спирали расплетутся и произойдет полное их превращение в клубки. Плавление ДНК (гл. 2, разд. 10), как и любого кристалла, происходит кооперативно [21]. Формирование новой полинуклеотидной цепи на комплементарной матрице, приводящее к возникновению стэкинг-взаимодействий, также может быть кооперативным процессом. Так, например, формирование цепи полиадениловой кислоты на двух цепях полиуридиловой кислоты приводит к кооперативному образованию комплекса, представляющего собой тройную спираль (гл. 2, разд. Г.6). Наличие стэкинг-взаимодействия делает рост спирали энергетически более выгодным, чем инициацию новых спиральных участков [22]. Проблеме кооперативности посвящена обширная литература, в частности работы [23—25]. [c.263]

Кроме водородного связывания, пары оснований образуют агрегаты в виде пачек (стэкинг-взаимодействие). Стэкинг характерен для водных растворов и с энергетической точки зрения является более выгодным, чем водородное связывание [92]. Все НО участвуют в стэкинге, но их тенденция к данному виду связывания уменьшается в ряду А > G > [c.236]

Ассоциации НО осуществляется за счет водородного связывания (спаривание) и межплоскостного взаимодействия (стэкинг). Стэкинг-взаимодействию придается более существенное значение в поддержании вторичной структуры нуклеиновых кислот, а Н-связям приписывают в большей мере направляющую роль во взаимной ориентации НО в процессе стэкинга. [c.235]

Возрастание стабильности при повышении температуры иногда используют в качестве показателя гидрофобной природы связывания. Следует, однако, отметить, что эта закономерность не характерна для стэкинг-взаимодействия между комплементарными парами оснований в полинуклеотидах, которые при высоких температурах становятся менее стабильными (гл. 2, разд. Г. 10). [c.249]

HO кристаллографическим данным [101], для системы Ade + L-Тф не существует прямого стэкинг-взаимодействия. Ассоциация между указанными молекулами может осуществляться посредством водородного связывания особенность которого состоит в том, что атом [c.239]

Иную природу имеют межплоскостные взаимодействия оснований. Гетероциклические основания нуклеиновых кислот достаточно гидрофобны, т. е. в водном растворе им выгоднее расположиться друг над другом и тем самым уменьшить контакт с молекулами воды. При образовании таких стопок во взаимодействие вступают функциональные (С=0 и С—ЫНг) группы одного основания и я-элект-ронные системы соседнего с ним по вертикали основания. Поэтому стэкинг-взаимодействия оснований (в двойной спирали ДНК, например) зависят как от состава комплементарных пар, так и от их последовательности (рис. 13). [c.26]

Полагают, что стабильность таких спиралей обеспечивается в основном за счет стэкинг-взаимодействий оснований, как н в ДНК. [c.60]

Рентгеноструктурный анализ комплексов таких соединений с синтетическими двухцепочечными олигонуклеотидами показывает, что плоские ароматические кольца красителей внедряются между парами оснований двойных спиралей. Механизм внедрения предполагает проникновение молекулы красителя между парами оснований в момент возникновения локального нарушения структуры, при этом водородные связи между парами оснований сохраняются, тогда как стэкинг -взаимодействия нарушаются. [c.346]

Температурная зависимость поглощения УФ-света при 260 нм (длина волны, при которой свет поглощается нуклеиновыми кислотами эффективнее всего) называется кривой плавления (рис. 2-28). В нативном состоянии нуклеиновые кислоты поглощают свет менее интенсивно, чем в денатурированном. Этот так называемый гипохромный эффект (гл. 13, разд. Б.4.Д) обусловлен стэкинг-взаимодействием между основаниями, плотно уложенными стопками в структуре нативной молекулы. Температура плавления, Т л, — это точка, при которой прирост поглощения составляет половину максимального (рис. 2-28). Чем выше ОС-содер-жание нуклеиновой кислоты, тем более устойчива она к денатурации, причем зависимость Т л от ОС-содержания почти линейна. Для раствора, содержащего 0,15 М КаС1 + 0,015 М цитрата натрия, pH 7,0, справедливо уравнение (2-15). Точное соотношение между ОС-содержани-ем ДНК и Тпл очень сильно зависит от ионного состава и pH среды [87, 88]. [c.142]

Стэкинг-взаимодействие оснований [c.414]

Было изучено связывание молекул красителей [57], диамагнитных и парамагнитных ионов металлов [58—66] с нуклеотидами и нуклеозидами. При связывании акридинового оранжевого наблюдалось [57] смещение резонансных сигналов нуклеозидов и нуклеотидов в сильное поле, что, вероятно, обусловлено образованием смещанных агрегатов за счет стэкинг-взаимодействия оснований с красителем. Показано, что ионы Мп + и Со2+ связываются преимущественно с фосфатными группами АМФ и АТФ [58—66]. [c.423]

В кристаллах плоские квадратные комплексы часто вступают в стэкинг -взаимодействие, при этом атомы металла располагаются один над другим. Даже если расстояния металл — металл слишком велики для образования настоящих связей, слабое взаимодействие между i-орбиталями соседних атомов металла может иметь [c.515]

ЧИСЛО вторых должно быть большим, поскольку молекулы Н2О могут играть роль как доноров, так и акцепторов при образовании водородных связей. Основной вклад в стабильность спирали вносят гидрофобные (неполярные) силы или так называемое стэкинг-взаимодействие. О природе и величине этих сил известно очень немногое. [c.151]

Анализ результатов рентгеноструктурных исследований А и В форм ДНК, а также РНК подтверждает важную роль стэкинг-взаимодействий в полинуклеотидах. Перекрывание оснований в форме А ДНК и в РНК больше, чем в форме В ДНК, и, вероятно, по этой причине молекулы ДНК, имеющие в клетке конформацию, близкую к В, менее стабильны, чем люлекулы РНК (первые существуют в виде двойных спиралей в более узком интервале температур). [c.419]

Для структуры А рА наличие левовращающей спирали подтверждается расчетом стэкинг-взаимодействия при наиболее стабильных углах поворота связей. На рис. 6.16 представлены результаты подбора оптимальной структуры на ЭВМ. [c.192]

При определенных условиях суммарное действие межмолекулярных сил приводит к так называемому стэкинг-взаимодей-ствию [16]. В стопкообразной упаковке плоских молекул, расположенных па ван-дер-ваальсовых расстояниях друг от друга, имеет место стэкинг-взаимодействие, известное для биомолекул типа ДНК [29]. По-видимому, стэкинг-взаимодействис [c.19]

Макромолекулы большинства природных РНК построены из одной полирибонуклеотидной цепи. Основной элемент их вторичной структуры — сравнительно короткие двойные спирали, образованные комплементарными участками одной и той же цепи и перемежающиеся ее однотяжевыми сегментами. Полирибонуклеотидные цепи в таких двуспиральных структурах антипараллельны, а сами двойные спирали, находящиеся в А-форме, не идеальны в них имеются дефекты в виде неспаренных нуклеотидных остатков или не вписывающихся в двойную спираль однотяжевых петель (рис. 21 и 22). Наряду с классическими уотсон-криковскими парами (А-и и О-С) в двутяжевых участках РНК часто встречается пара О-и. Таким образом, стабильность двутяжевых районов поддерживается комплементарными и межплоскостными взаимодействиями оснований. В однотяжевых участках наблюдаются сильные стэкинг-взаимодействия оснований, вследствие чего они стремятся принять конформацию однотяжевой спирали. [c.37]

Насколько сильны связи, образуемые между парами оснований в ДНК На этот вопрос ответить трудно, поскольку всегда имеет место сильное взаимодействие молекул с полярными растворителями. Некоторое представление об энергии этих связей дают исследования, проводимые в неполярных растворителях. Так, было показано, что 1-цикло-гелсилурацил образует димеры, стабилизированные или водородными связями, или стэкинг-взаимодействием, но энергия ассоциации при этом невелика, А0° равно - 5 кДж-моль . В смеси этого соединения с 9-этиладенином получается комплекс — пара оснований — с константой образования [см. уравнение (4-2)], более чем в 10 раз превыщающей [c.136]

Сдвиги резонансных сигналов в сторону сильного поля при повышении концентрации в водном растворе (la-naлогичные тем, которые обсуждались в разд. 15.3 для свободных пуриновых оснований) наблюдались также для пуриновых нуклеозидов и нуклеотидов [23, 29—33]. Их происхождение было объяснено той же причиной, т. е. стэкинг-взаимодействием оснований. Однако эти выводы были подвергнуты критике, как уже говорилось в разд. 15.3. В этих экспериментах также использовали внешний стандарт и не вводили поправку на изменение магнитной восприимчивости. Например, Т цо и сотр. [33] описали сдвиги в слабое поле при повышении температуры для протонов при С-5, С-6 и С-Г в УМФ. В качестве внешнего эталона использовался тетраметилсилан (рис. 15.6,6). Однако не принималось во внимание изменение разности восприимчивости растворителя и эталона при изменении температуры. Блэкбёрн и сотр. [34] показали, что если внутренним эталоном служит ДСС, то, в действительности, химические сдвиги изменяются в противоположном направлении с ростом температуры (рис. 15.6,а). Стэкинг-взаимодействие тем не менее мо- [c.414]

С = и [93, 94]. Природа сил, обеспечивающих стэкинг-взаимодействие, различна. Отчасти, стэкинг обусловлен взаимодействием между индуцированными диполями, образованными тс-электронами оснований. При исследовании димеризации кофеина в воде показано [95], что она имеет характер, типичный для комплексов с переносом заряда, а димер af является слабо п-связанным молекулярным комплексом. Кроме того, эти структуры наиболее стабильны в водных растворах, что указывает на важную роль гидрофобных взаимодействий в стабилизации стопкообразных структур. Известно, что стэкинг представляет собой сильно экзотермический процесс (AS < 0,1Д// > TAS). В то же время, гидрофобные взаимодействия являются эндотермическими и, следовательно, определяются энтропией (Д5 > 0). Поэтому нельзя безоговорочно утверждать, что гидрофобные взаимодействия являются главными силами, обеспечивающими стэкинг нуклеиновых оснований в воде. Такие выводы базируются, главным образом, на положительных значениях энтальпии и энтропии, сопутствующих гидрофобным эффектам, а также на нулевом изменении теплоемкости при переносе оснований из органических сред в воду. Однако, это не означает, что полученные в настоящее время экспериментальные результаты однозначно исключают любое участие гидрофобных эффектов в стэкинг-взаимодействиях. Интересный подход к исследованию энергетики стэкинга оснований разработали Синаноглу и Абдулнур [96]. Они развили идею о том, что поверхностное натяжение наряду с другими факторами играет важную роль в образовании стопкообразных структур. Очевидно, что для создания отдельных полостей для каждого основания необходимо совершить больше работы, чем для создания одной большой полости, которая вместит все основания без растворителя между ними. Следовательно, будет наблюдаться тенденция к упаковке оснований в одну полость. Возможно, вода проявляет такую сильную тенденцию к стабилизации стопочных структур из-за того, что она обладает относительно высоким поверхностным натяжением (-72 дин см ) по сравнению, например, с этанолом (22 дин см" ). Разница в энергии, [c.236]

В спиралях рибосомной РНК встречаются одно- и двунуклеотидные боковые петли (с одного бока) это почти всегда пуриновые нуклеотиды (см., например, G , AA 58-959) Плоскости оснований таких петель могут ориентироваться перпендикулярно плоскостям оснований спирали (т. е. параллельно оси спирали) и, таким образом, служить гидрофобными площадками для стэкинг-взаимодействия бока спирали с другими участками РНК при формировании третичной структуры. (Встречаются также и более длинные боковые петли —от 3 до 10—14 нуклеотидных остатков они, однако, будут, скорее всего, формировать собственную структуру, так что такие места, по-видимому, лучше рассматривать как перерывы в спиралях.) [c.76]

ЛОТ определяется двумя типами взаимодействий между гетероцик лическими основаниями нуклеотидных остатков 1) взаимодейст ВИЯМИ между основаниями в комплементарных парах 2) межплоско-стными взаимодействиями оснований, расположенных друг над другом, или так называемыми стэкинг -взаимодействиями (от англ. sta king — укладываться в стопку). [c.24]

При сопоставлении свойств моно- и полинуклеотидов следует иметь в виду, что принципиальным отличием полинуклеотидов от соответствующих мономеров является сильно выраженное взаимодействие между соседними основаниями, которые в водных растворах и в кристаллах стремятся расположиться таким образом, чтобы их плоскости были приблизительно параллельны. Вертикальные взаимодействия между основаниями, расположенными стопкой , называются стэкинг -взаимодействиями они обусловлены в основном ван-дер-вавльсовыми силами. [c.335]

Нуклеиновые кислоты образованы нуклеотидами, связанными фос-фодиэфирными группами через группы в положениях 3 и 5. Такая структура имеет большое число вращательных степеней свободы. Для закручивания структуры представляют интерес 5 точек сахарофосфатного остова и две внутренние точки молекулы нуклеотида (точки 2 и 3, в которых возможны эндо- и экзо-положения сахара). Последнее обстоятельство связано с возможностью вращения связи сахар—фосфат (син и ангт) в нуклеотиде. Рассмотрим возникающие конфигуращ1и с точки зрения энергетической выгодности. Стабилизирующими факторами двойной спирали являются электростатические силы отталкивания между фосфатными группами, гидрофобное взаимодействие между основаниями (стэкинг-взаимодействие) и водородные связи между комплементарными основаниями. Именно эти факторы должны определять углы вращения сахаров и оснований, а также всю структуру синтезируемых олиго- и полинуклеотидов. [c.190]

Выводы о существовании стэкинг-взаимодействий оснований в пиримидиновых нуклеозидах цитидине и уридине были сделаны на основании изучения осмотического давления [35]. Но это взаимодействие не может наблюдаться для таких нуклеозидов с помощью метода ЯМР даже в принципе, поскольку для них отсутствуют эффекты кольцевого тока тем не менее резонансные сигналы протонов, как сообщалось, смещаются в сторону сильного поля в присутствии пурина, что наводит на мысль о стэкинг-взаимодействии между пурином и пиримидином [30]. Аналогичные эффекты наблюдались для псевдоуридина [36]. [c.415]

Наблюдается также смещение сигналов протонов при С-1, С-2 и С-8, обусловленное, повиди-мому, стэкинг-взаимодействием. [c.427]

Несмотря на малый молекулярный вес и сравнительно высокое содержание необычных минорных) оснований (г1)У и т. д.), структура этих РНК обладает удивительно высокой степенью упорядоченности. Особенно высока упорядоченность в присутствии ионов Mg +, абсолютно необходимых для осуществления биологической функции s-PHK одновалентные катионы даже в больших концентрациях подобного эффекта не вызывают. В присутствии ионов меняется не только точка теплового перехода, но также и его ширина (а следовательно, кооперативность перехода и стэкинг-взаимодействие между парами оснований). При этом оказывается весьма затруднительной реакция с рибонуклеазой или формальдегидом. На фиг. 57 показаны полная первичная и предполагаемая вторичная структуры аланиновой S-PHK (исследована Холли), тирозиновой s-PHK (исследована Мэдисоном в лаборатории Холли), двух достаточно близких сериновых s-PHK (изучены Цахау и его сотрудниками) и фенилаланиновой s-PHK (исследована группой Кораны). Все эти типы РНК были выделены из дрожжевых клеток. Две сериновые РНК содержат по 84 нуклеотида, фенилаланино- [c.158]

В чем же отличие полинуклеотидов от обычных полимеров и полипептидов Прежде всего, гидрофобные силы, которые в последних начинают проявляться при сравнительно большой длине цепи, когда могут образоваться внутренние и внешние области, уже в динуклеотидах дают значительный вклад в стэкинг-взаимодействия, который, как мы увидим, практически не увеличивается с ростом длины цепи. Далее, решающую роль в определении конформации полинуклеотида играют взаимодействия ближайших мономерных единиц, а взаимодействия более далеких единиц можно считать пренебрежимо малылпг. Поэтому, например, рассмотрение динуклеозидфосфатов раскрывает основные конформационные особенности однотяжевых полинуклеотидов. [c.401]

Интересно, что стэкинг-взаимодействия в полинуклеотидах практически аддитивны. Это означает, что энергия взаимодействия, скажем, 10 оснований, расположенных стопкообразно, примерно в девять раз больше энергии взаимодействия пары оснований в динуклеозидфосфате. Приближенная аддитивность для оли-гоаденилатов видна из следующих данных по тепловой денатурации (в 0,1 М 1 аС1, pH 7,4) [44] [c.414]

Шерага и сотр. [45] отметили, что если процесс образования упорядоченных конформаций для иолирибонуклеотидов подчиняется правилу аддитивности, то для дезоксирибонуклеотидов наблюдается небольшое отклонение от аддитивности энергия образования упорядоченной стопкообразной структуры дезоксирибонуклеотидов даже несколько меньше, чем суммарная энергия стэкинг-взаимодействий пар оснований. [c.414]

В работе Шерага и сотр. [45] указанная аддитивность стэкинг-взаимодействий в полинуклеотидах рассмотрена в терминах кооператнвности , в частности отклонение от аддитивности в дезоксирибонуклеотидах классифицируется как слабая антикооперативность . Между тем обычно под ко-оперативностыо понимают возникновение взаимодействия между удаленными по цепи (-ым и/-ЫМ звеньями, при условии, что реальное взаимодействие существует только между ближайши.ми соседями. [c.414]

В работе В. Г. Дашевского и А. Э. Кистера [56, с. 91] потенциальная функция взаимодействия оснований минимизировалась по пяти параметрам — В , 0,, О, с1 и т. Значения этих пяти параметров в кристаллических полинуклеотидах для большинства пар оснований не соответствуют минимуму энергии. Что же касается координат минимумов, то они в значительной степени определяются предположениями, сделанными относительно электростатических взаимодействий и, в частности, зарядов на ато.мах. Помимо этого, D (см. рис. 9.8) в области В-формы очень слабо зависит от взаимодействия оснований и определяется ограничениями на геометрию двойной спирали, накладываемыми рибозо-фосфатным остовом. Впрочем, о роли остова свидетельствует и тот факт, что персистентная длина полинуклеотидов, которая может быть найдена как вторая производная потенциальной энергии по величине, обратной радиусу кривизны (в равновесном положении), получается заниженной на порядок, если учитывать только взаимодействия оснований. Следовательно, за геометрию и свойства нуклеиновых кислот ответственны не только основания, т. е. не только стэкинг-взаимодействия, но и конформационные возможности рибозофосфатного скелета, и потому для предсказания структуры нуклеиновых кислот имеет смысл искать минимум энергии взаимодействия всех атомов полинуклеотидной цепи по всем важнейшим геометрическим параметрам и в первую очередь по ф, 0, 6, (О и X. [c.419]

Еще одним методом изучения спиральной конфигурации нуклеиновых кислот является измерение спектров ЯМР водорода ( Н) в структурах А рА В левовращающей спирали стэкинг-взаимодействие приводит к химическому сдвигу резонансных частот атомов водорода Н-1 (сахар) и Н-2 (основание) в обоих нуклеотидах. Подтверждением могут служить и данные по уширению линий при введении Мп " , из которых следует наличие стэкинг-взаимодействия в левовращающей спирали олигомеров, содержащих 8,2 -циклонуклеотиды. [c.191]

Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот (1990) -- [ c.24 , c.26 , c.29 , c.37 , c.41 , c.42 , c.86 ]

Молекулярная биология (1990) -- [ c.24 , c.26 , c.29 , c.37 , c.41 , c.42 , c.86 ]

Конфирмации органических молекул (1974) -- [ c.401 , c.412 , c.414 , c.419 ]

Гены (1987) -- [ c.0 ]

Электрофорез в разделении биологических макромолекул (1982) -- [ c.379 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология