Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
5'
= Т
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
т = = А
Л_т =
г == = ц-
ф
ф
ф.
ф\
=A-V
5'
3'
•—дезоксирибозил о—фосфорил
Рис* 3. Схемы структуры биспиральной молекулы ДНК (пояснения —
см. в тексте).
щие двойную спираль, расположены так, что по оси интервалы между ними неодинаковы — чередуются большие и меньшие промежутки. Это определяется уже описанной выше направленностью связей спаренных оснований с остатками дезоксирибозы. Если бы они были на одной прямой, то, очевидно, моноспирали располагались бы вдоль оси равномерно. Образуемый же ими острый угол 74—79° (см. схему 1) обусловливает возникновение на молекуле ДНК двух неодинаковых борозд — большой и малой.
Количественные характеристики биспиральной молекулы ДНК таковы: каждый виток спирали содержит 10 нуклеотидов, проекция витка на ось молекулы составляет 34,6 А, трансляционное расстояние на каждый нуклеотид равняется, следовательно, 3,4 А; диаметр молекулы близок к 20 А (18 А, если ориентироваться по атомам фосфора); поперечник большой борозды равен, примерно, 17 А, а малой—11 А. На фотографии, расположенной на том же рисунке, приведена пространственная модель ДНК, в которой атомы представлены шариками с соответствующими радиусами.
Параметры молекулы ДНК, изображенной на рис. 3, соответствуют ее конфигурации в препаратах, влажность которых близка к физиологической,— так называемая В-форма ДНК. При частичном обезвоживании препаратов, а возможно, и при некоторых функциональных состояниях ДНК (В. И. Иванов, В. JI. Фло-рентьев, 1970), конфигурация несколько меняется. Образуется A-форма молекул ДНК, характеризующаяся некоторым смещением пар оснований от оси молекулы к периферии. На рис. 4 сопоставлены конфигурации В- и A-форм.- Как видно, в последней проекция одного витка спирали занимает лишь 28 А, каждый виток содержит не 10, а И нуклеотидов, причем на каждый нуклеотид приходится лишь 2,5 А в проекции на ось, а диаметр молекулы меньше на 1 А.
Плоскости оснований располагаются в A-форме под углом 70° к оси. Большая и малая борозды приближаются друг к другу по размерам. Все это свидетельствует об определенной роли в поддержании структуры ДНК молекул воды, связанных в первую очередь с фосфорильными остатками.
Описаны и другие конфигурации ДНК, более «рыхлые», чем В-форма. Так, под действием солей лития образуется С-форма, в которой на один виток приходится лишь 9 нуклеотидов. Есть основания полагать, что в С-форме находится часть ДНК в составе хроматина.
Мы уже упоминали некоторые отрицательные стороны неумеренного использования схемы спаривания комплементарных оснований по Watson и Crick в различных популярных изданиях. Эта замечательная схема фиксирует внимание именно на водородных связях как основе вторичной структуры, что приводит иногда к недооценке другого рода сил, которые стабилизируют биспи-ральные молекулы нуклеиновых кислот. Так, очень велика роль вандерваальсовых (диполь-дипольных и лондоновских) связей между основаниями, располагающимися в виде «стопки монет».
Напомним, что характерной особенностью вандерваальсовых связей является их резкое ослабление при возрастании межатомных расстояний (прочность связи обратно пропорциональна 6—7-й степени расстояния). Иначе говоря, они эффективны лишь при немногих случаях особенно точного соответствия общей конфигурации и расположения отдельных групп во взаимодействующих мо-
А—форма В —форма
. ------J7A------ ------1Вк------
t
ч
Рис. 4. В- и A-формы биспиральных молекул ДНК.
лекулах. Анализ расположения оснований в «стопках» биспиральных нитей ДНК показывает, что вклад вандерваальсовых связей очень значителен. Позже, рассматривая денатурацию нуклеиновых кислот, мы убедимся, что дезорганизация биспиральной структуры может быть достигнута тогда, когда еще сохранена часть водородных связей, но разрушены вандерваальсовы.
В настоящее время общее описание структуры молекул ДНК нельзя считать исчерпывающим, если доказана биспиральность данной ДНК и установлена длина (или число нуклеотидов). Нити биспиральной ДНК могут образовать в пространстве структуры
различной степени сложности. Уже упоминались циклические молекулы ДНК хромосом большинства прокариотов, митохондрий, хлоропластов и др. Циклические молекулы ДНК могут также образовывать перевитые молекулы типа представленных на рис. 5. Доказано, что такую конфигурацию имеют ДНК ряда вирусов. Что Касается нециклической ДНК хромосом высших организмов, то предполагают, что и она в той или иной мере находится в сверх-скрученном состоянии, например так, как это показано на рис. 5.
Ж&ОООа
Рис. 5. Третичные структуры ДНК.
а — из вируса полиомы; б — гипотетические структуры ДНК из хроматина многоклеточных.
Пока не совсем ясно, обусловлено ли сверхскручивание исключительно самой ДНК или его определяют и поддерживают другие соединения типа полиаминов, олигопептидов, гистонов или гисто-ноподобных белков и т. п., находящихся в виде трудноотделимых примесей в наиболее очищенных препаратах ДНК.
