Двойная спираль ДНК конформация, В и формы

На устойчивость двойной спирали в растворе влияют многочисленные факторы. Образование упорядоченных структур является экзотермическим процессом, и поэтому спирали стремятся расплавиться при повышении температуры растворов ДНК. Из числа сил, стабилизующих нативную форму, водородные связи и диполь-дипольные взаимодействия между пуриновыми и пиримидиновыми остатками, упакованными в двойную спираль [344], должны приводить к выделению тепла. В то же время следует ожидать, что гидрофобное взаимодействие будет эндотермическим. Значение гидрофобного взаимодействия иллюстрируется тенденцией водных растворов ДНК к денатурации при добавлении органических растворителей с большими неполярными остатками [345]. Как и следовало ожидать, высокая плотность заряда, обусловленная ионизованными фосфатными остатками, расположенными вдоль цепи ДНК, обусловливает неустойчивость спиральной конформации. В результате этого добавление умеренных количеств электролитов должно стабилизовать нативную форму ДНК, что и было обнаружено при добавлении таких солей, как галогениды щелочных или щелочноземельных металлов [346, 347]. Если определить температуру плавления (Г ) как температуру, при которой изменения в спектре, характеризующие денатурацию, происходят на 50%, то Т- , по-видимому, будет иметь примерно линейную зависимость от логарифма концентрации катионов щелочных металлов. В типичном случае повышается от 36 до 82° при увеличении концентрации ионов натрия с 0,0003 до 0,1 н. Увеличение концентрации соли приводит также к сужению интервала температур, в котором происходит переход спираль — клубок. В отношении стабилизации спиральной конформации особенно эффективны некоторые двухвалентные иопы, образующие специфические комплексы с фосфатными группами основной цепи ДНК (например, Mg +). Нуклеиновая кислота как бы образует стехиометрические комплексы с этими катионами, причем Тт таких комплексов высока даже при очень слабой ионной силе. При всех условиях переход спираль — клубок происходит в удивительно узком температурном интервале, причем 90% изменений, как правило, происходит в интервале менее 10°. [c.127]

Филаменты актина могут диссоциировать йа глобулярные молекулы с молекулярной массой примерно 58 000. В самом филаменте эти молекулы агрегированы в две цепи, которые скручены в двойную спираль (рис. 15.10). Филаменты миозина также могут диссоциировать на отдельные молекулы миозина с молекулярной массой около 525 000. При помощи электронного микроскопа установлено, что они имеют форму стержней длиной 200 нм и диаметром 2,0 нм на одном конце такого стержня расположена головка длиной 20 нм и диаметром 4 нм. Рентгенограммы показывают, что вторичная структура таких стержней представляет собой а-спираль, причем стержень, вероятно, состоит из двух скрученных цепей, имеющих конформацию -спирали. Каждый филамент миозина состоит примерно из 600 молекул. Электронные мик- [c.436]

Второй тип двойной спирали, содержащей РНК, был открыт в 1961 г. Он создается в результате гибридизации цепи РНК с цепью ДНК, имеющей комплиментарную последовательность оснований [64], Важность таких РНК-ДНК-гибридов исключительно возросла, и сегодня они являются ключевым звеном в определении первичных последовательностей и в умелом манипулировании с генами (см. разд. 22.4.4 и 22.5.4). Такие гибриды быстро образуются ири инкубации раствора двух однонитевых молекул при температуре примерно на 25°С ниже, чем температура, при которой двойная спираль наполовину диссоциирована. Они более стабильны, чем дуплексы ДНК-ДНК с соответствующей последовательностью оснований [65]. По-видимому, такие гибриды также имеют конформацию /4-формы ДНК- [c.60]

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]

При относительной влажности литиевой соли ДНК 66% обнаружена С-конфигу-рация. Такую форму ДНК принимает в концентрированных солевых растворах и в этиленгликоле. В этих условиях заметны слабые силы стэкинг-взаимодействия, а относительный вклад в стабилизацию структуры водородных связей увеличивается. Основу структуры тоже составляет правовинтовая двойная спираль с незначительным изменением ее шага, числа оснований на виток, наклона оснований и конформации основного остова молекулы. Близкую к этой форме имеют ДНК хроматина и некоторых вирусов. [c.53]

Термин ренатурация (рис. 1-8) обозначает преобразование денатурированной формы в нативную структуру. В действительности структура ренатурировапной молекулы зависит от того, какие критерии используют для определения восстановления нативной конформации. В случае ДНК это относится к преобразованию отдельных полинуклеотидных нитей в двойную спираль. Для белков этот термин менее определенен. [c.22]

Важность этих задач очевидна с биологической точки зрения, поскольку в процессе функционирования ДНК может менять свою конформацию вследствие взаимодействия с другими компонентами клетки, прежде всего с белками. Двойная спираль нуклеиновой кислоты, обладая обш ей жесткостью по длине спирали, представляет собой вместе с тем своего рода шарнирное устройство с ограниченным числом враш ательных степеней свободы вокруг единичных химических связей (рис. IX. 17, IX. 18). Обш ая геометрия спиральной молекулы описывается пятью параметрами (рис. IX. 19), из которых наиболее важные спиральное враш ение т—угол поворота между соседними парами и D — расстояние пары от оси спирали. Отличие А- и В-форм состоит в различии значений углов X и ст (на 60°) и большими положительными значениями D и меньшими значениями т у Л-формы. [c.220]

Ранее, при рентгеноструктурном анализе целой нуклеосомы было показано, что правая двойная спираль ДНК закручена, вокруг гистонового кора в виде левой суперспирали с внутренним диаметром 70 А и длиной 55 А [404, 409, 412]. Это нашло подтверждение в исследовании структуры изолированного октамера, на поверхности которого была обнаружена бороздка белковой суперспирали [417, 418]. Она имеет внешний диаметр 65 A, шаг 28 А и левую закрутку, что полностью отвечает параметрам суперспирали ДНК в нуклеосоме. Таким образом, поверхности гистонового кора и закручиваемой вокруг него двойной спирали ДНК соотносятся между собой так же, как поверхности винта и гайки. Между тем, образование нуклеосомы вряд ли представляет собой ввинчивание белкового октамера в строго детерминированную нуклеотидную структуру. Этому препятствуют, во-первых, наличие на спиральной бороздке нуклеосомного сердечника чередующихся возвышений и впадин и, во-вторых, то обстоятельство, что суперспираль молекулы ДНК в свободном состоянии не является стабильной формой, хотя, по-видимому, и относится к низкоэнергетическим конформациям. Более вероятно, что образование нуклеосомы происходит путем накручивания лабильной двойной спирали ДНК на [c.111]

В последние годы параметры В-, А- и Z-форм двойных спиралей ДНК удалось уточнить высокоразрешающим рентгеноструктурным анализом монокристаллов самокомплементарных синтетических олигонуклеотидов, образующих короткие двойные спирали (дуплексы). При этом можно оценить конформацию каждой нуклеотидной пары в дуплексе. Оказалось, что внутри двойной спирали сушествует конформационная микрогетерогенность в зависимости от последовательности нуклеотидных пар конформации сахаров в нуклеотидных остатках несколько отличаются. 2 го приводит к отличиям в межнуклеотидных расстояниях вдоль оси спирали и к различному наклону пар оснований к этой оси. Такие зависящие от первичной структуры различия во вторичной структуре ДНК, по-видимо.му, чрезвычайно важны для ее функционирования. [c.29]

Особенности нространственной организации нуклеиновых кислот. В отличие от белков структура ДНК более стабильна. Тепловые флуктуации не приводят к разрыву водородных связей и не меняют меж-плоскостные расстояния между основаниями. В моделях жесткость служит основным параметром. Двойная спираль ДНК обладает общей жесткостью по длине спирали и одновременно ограниченным числом вращательных степеней свободы вокруг единичных химических связей. Все конформации ДНК относятся либо кА-, либо к - формам. В случае В - форм ось спирали проходит через пары оснований вблизи их центра тяжести, а в - форме в центре остается отверстие около 4 Е, а основания оттеснены к периферии молекулы. Основная трудность полного описания энергетически разрешенных конформаций двойных спиралей состоит в чрезвычайно большом наборе всех структурных вариантов. [c.98]

Изучение гидродинамич. свойств р-ров П. (вязкость, диффузия, седиментация, двойное лучепреломление в потоке) позволяет детально исследовать явление конформационных переходов а-спираль статистич. клубок (р-форма). Кроме того, этими методами обнаружены промежуточные фазы, отвечающие др. конформациям пептидной цепи, а также образование ассоциатов из нескольких молекул путем латеральной агрегации. Ассоциация наиболее ярко выражена в растворителях, не разрушающих водородные связи (хлороформ, диоксан, бензол). [c.14]

Ограничениям, налагаемым на структуру спариванием оснований, удовлетворяет много различных спиральных конформаций. ДНК в водных растворах принимает В-форму двойной спирали, в которой пары оснований перпендикулярны оси спирали, но при определенных условиях она может быть переведена в А-спираль По своему строению А- [c.192]

Уже на раннем этапе изучения пространственной структуры ДНК выяснилось, что при изменении внешних условий двойная спираль может принимать формы, отличные от уотсон-криковской (В-фор-мы). Так, при понижении влажности (в препарате образца для рентгеноструктурного анализа) или активности воды в растворе (при добавлении спирта, например) ДНК переходит в так называемую А-форму (рис. 14). Этот переход связан в первую очередь с изменением конформации углеводного остатка. Если в В-форме ДНК остаток дезоксирибозы находится в С2 -дайо-конформации, то при переходе в А-форму он принимает СЗ -зк<Зо-конформацию. Как было показано на рис. И, это приводит к уменьшению расстояния между фосфатными группами и, следовательно, к уменьшению расстояний между нуклеотидными парами вдоль оси спирали (до примерно 0,25 нм при И нуклеотидных остатках на виток спирали).. Диаметр спирали увеличивается, изменяется ширина и глубина бороздок, пары оснований образуют с осью спирали угол около 20 и, главное, смещены к пери(]жрии спирали. Вследствие этого спи- [c.26]

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]

Регуляторные ДНК-связывающие белки прокариот вызывают заметные изменения конформации ДНК. При рентгеноструктурном исследовании комплекса регуляторного белка TFIHA со своим участком ДНК оказалось, что двойная спираль находится в А-форме. Другие изменения (изгибы и изломы двойной спирали) можно обнаружить с помощью электронной микроскопии, электрофореза ДНК-белковых комплексов, а также при действии нуклеаз. Связанный белок защищает от расщепления 15—30 п. о. в месте связывания и порождает два участка повышенной чувствительности к нуклеазам с обеих сторон от места связывания. Тонкий анализ мест гиперчувствительности в хроматине эукариот показал, что они имеют точно такую же структуру — две гипер-чувствительные точки, разделенные защищенны.м участком. [c.257]

В свете этих данных образование трехмерной сетки из линейных молекул каррагинана, обусловливающей геле-образование, трактуется след тощим образом. В сильно разбавленном растворе (или при достаточно высокой температуре), когда межмолекулярные взаимодействия малы, форма цепей аппроксимируется конформацией беспорядочного клубка. В более концентрированных растворах (или при охлаждении) начинается образование двойных спиралей, связывающих участки разных молекул. Некоторая произвольно выбранная (и достаточно длинная) молекула может при этом образовывать несколько таких участков связывания и не с одной, а с несколькими молекулами. Тогда возникают нековалентные поперечные сшивки, и создается трехмерная сетка (рис. 10). [c.166]

Как мы отмечали выше, ДНК может переходить в паракристалличе-скую А-форму (с наклонным расположением оснований и И парами оснований на виток). Напрашивается вывод, что и в природных условиях эта конформация не менее важна, чем В-форма. Хотя молекулы РНК обычно одноцепочные, они часто образуют шпильки — двухцепочечные участки, находящиеся в А-форме [71]. В-конформация в этом случае исключается присутствием -гидроксильных групп в рибозе РНК. Считается, что в клетках образуется также и переходная гибридная двойная спираль, составленная из молекул ДНК и РНК, которая, по всей видимости, тоже ограничена рамками А-формы. Следует отметить, что А-форма отличается от В-формы еще и тем, что имеет довольно большую ( — 0,8 нм в диаметре) полость вдоль оси спирали, а большая бороздка у нее более глубокая [71а]. В отличие от структуры, изображенной на рис. 2-23, в А-форме плоскости пар оснований не пересекают оси спирали. [c.134]

Молекулы двухтяжевых РНК имеют несколько кристаллических модификаций, которые, по-видимому, содержат идентичную (по геометрии) двойную спираль. Арнотт [54[ высказывает мнение, что все исследованные до сих пор РНК имеют 11-кратную спираль (в некоторых исследованиях ранее предполагалась и 10-кратная спираль). Уточненные им геометрические иарахметры имеют следующие значения 14°, 0°, 4,25 А, 32,7°, 2,73 А координаты фосфора 8,84 А, 68,5", —3,62 А. Таким образом, молекулы РНК существуют в конформации, очень близкой к форме А ДНК. [c.418]

За последние годы показано, что ДНК может иметь разные конформации, помимо классических правозакрученных В к А форм (В-форма 10 п. н. на виток 1 п. н. на виток). Наиболее сильно отличается от них Z-форма, левозакрученная двойная спираль, легко возникающая в последовательностях с чередующимися пуриновыми и пиримидиновыми основаниями ( G G G.. . и GTGTGT.. .). На шаг спирали ДНК приходится [c.173]

ЧТО эта область изменений периода идентичности вдоль оси с характерна для конформации цепи в форме плоской цис — транс-структуры (или ей подобной) [20—23] точная конформация и период идентичности зависят от типа заместителя. Малое, но оказывающее большое влияние отклонение от плоского строения Р—N основной цепи наблюдается у полндихлорфосфазена [20, 21], тогда как строго плоское строение имеет низкотемпературная форма (конформер В) полиднфторфосфазена [21]. Для последнего полимера наблюдается также высокотемпературная конформация, обозначаемая как конформер А. Эта конформация с периодом идентичности 6,49 А, возможно, представляет собой тройную спираль, но такая конформация до сих пор не наблюдалась, если заместителем были атомы больше фтора. Для алкокси- и арилоксизаме-щенных полимеров получаются значения с, свидетельствующие о существовании двойной цис — транс-спирали с малыми отклонениями от плоского строения основной цепи, но ограниченное количество рентгеновских рефлексов часто мешает приписать их какой-либо определенной структуре пли, во многих случаях, определенной элементарной ячейке. [c.319]

Для определения степени изотактичности полипропилена был проведен [822] колебательный анализ. В качестве первичного элемента рассматривалась изолированная тройная спираль. Из данных этой и ряда последующих работ [823—826] можно сделать вывод, что поглощение при 8,57 мкм (1167 см ), 10,02 мкм (997 см ) и 11,9 мкм (841 см ) отьюсится к спиральной конформации изотактической формы. Были проведены [826] измерения степени изотактичности ряда полипропиленовых фракций с использованием этих трех полос полученные данные сравнивались [827] с результатами, ожидаемыми на основании теории температуры плавления Флори. Температуру плавления определяли по моменту исчезновения двойного лучепреломления на хорошо отожженных образцах. Для всех трех полос было получено качественное совпадение с результатами метода по определению температуры плавления. Однако только метод с использованием полосы при 8,57 мкм дает количественное совпадение, и, таким образом, его можно применять для определения степени изотактичности полипропилена по крайней мере в интервале 60—100%. [c.187]

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]

Л. Полинг и Р. Кори рассмотрели все возможные конформации в минимумах торсионных потенциалов вращения вокруг связей С —N и С —С и пришли к выводу, что а-спираль и складчатый лист отвечают наиболее предпочтительным ориентациям смежных пептидных групп. Что же касается у-спирали, то она не оказалась в числе низкоэнергетических структур. При учете только торсионного потенциала эта спираль, по оценке Полинга и Кори, менее стабильна, чем а-спираль, на 2,3 ккал/моль. В отличие от компактной а-спирали, имеющей хорошие ван-дер-ваальсовы контакты, у-спираль представляет собой более рыхлую цилиндрическую структуру с отверстием около 2,5 А. Л. Полинг и Р. Кори не только сформулировали требования к геометрии полипептидной цепи и предложили удовлетворяющие им структуры, но и проанализировали имеющийся для белков и синтетических пептидов экспериментальный материал [67—71]. Они пришли к заключению, что а-спираль и -структура весьма распространены среди фибриллярных и глобулярных белков, а также гомополипептидов. В частности, было предложено, что а-кератин и другие белки этой группы имеют структуры, близкие а-спирали, а Р-кератин состоит из слоев складчатого листа, между которыми находятся двойные слои а-спиралей. К суперконтракционной форме кератина и миозина была отнесена у-спираль. Для коллагена Полинг и Кори предложили трехцепочечную, скрученную в жгут конформацию. В тройной спирали коллагена полипептидные цепи также имеют спиральную форму с меньшим шагом. Из-за большого содержания в коллагене пролина и оксипролина (30%) а- и у-спирали не могут реализоваться по стерическим причинам и из-за отсутствия многих водородных связей. Поэтому для единичных цепей коллагена предложена спираль с винтовой осью 9-го порядка. [c.23]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология