Биологический каталог




Основы биохимии. Том 1

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

труктуры ДНК служит следующий способ (рис. 7.1). Горизонтали изображают углеродные цепи Сахаров с основаниями, присоединенными по С-1', а диагонали — фосфодиэфнрные связи между атомом С-3' (вблизи середины горизонтальной линии) и атомом С-5' (конец следующей горизонтали). Такое графическое изображение структуры используется и для ДНК, и для РНК.

7. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

21?

О

о=р—ОН I

о

О ? pApGnT

0=Р—ОН

/ О

/

Рис. 7.1. Изображение фрагмента цепи ДНК. показывающее положение межнук-леотидной связи между атомами С-3' и С-5'. Справа — схема данного фрагмента.

Для длинных полинуклеотидных последовательностей применяется также буквенная система. Буквами A, G, С, U и ? обозначают нуклеозиды. Фосфатная группа обозначается буквой р. Когда она находится справа, этерифицирована группа при С-З', когда слева — группа С-5'. Так, ApUp —¦ это динуклеотид с фосфомоноэфир-ной группой при С-З' уридина и фосфодиэфирной связью между С-5' для U и С-З' для А. Если не очевидно, что обсуждаются дезок-синуклеотиды, полезно точно подчеркнуть это, например d-ApTpGpTp и т. д. или d-ATGT и т. д., указывая, что эти нуклеозиды содержат дезоксирибозу.

216

I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

7.2.2. Состав ДНК

Табл. 7.2 показывает состав оснований в ДНК из различных образцов. Эти и ряд других данных обнаруживают существенные закономерности строения ДНК. Во всех случаях количество пуринов (Pur) эквивалентно количеству пиримидинов (Руг), т. е. отношение Pur/Руг равно единице, так же как отношение количества аденина

Таблица 7.2 Состав ДНК из различных образцов3

Обгазец Состав оснований". G j A 1 С mo 7. % I ? A+T A ? G с Pur

G+C Pyr

Sarcina lutea 37,1 13,4 37,1 12,4 0,35 1,0S 1,60 1,02

Alcaligenes faecalis 33,9 16,5 32,8 16,8 0.E0 0,98 1,03 1,02

Brucella abortus 20,0 21,0 23,9 21 ,1 0,73 1,00 1,00 1,00

E. coli К12 24,9 26,0 25,2 23,9 1,00 1,09 0,99 1,08

Проростки пшеницы 22,7 27,3 22,8B 27,1 1,19 1,01 1,00 1,00

Тимус быка 21,5 28,2 22,5B 27,8 1,27 1,01 0,96 0,99

Печень человека 19,5 30,3 19,9 Я0.3 1,54 1,00 0,98 0,99

Saccharomyces cerevi- 18,3 31,7 17,4 32,6 1,80 0,97 1,05 1,00

siae

Clostridium perfrin- 14,0 36,9 12,8 36,3 2,70 1,02 1,09 1,04

gens

Из работ разных исследователей. ^ G — гуанин, А — аденин, С — цитознн, ? — тимин, Pur/Руг — пурин/пиримидни. в Цитозин+метилцнтозин.

(А) к количеству тимина (Т). Аналогично отношение количества гуанина (G) к количеству цитозина (С) (плюс метилцитозин, если он имеется) равно единице. Хотя такие данные приведены только для пуринов 'и пиримидинов, отношение количеств соответствующих нуклеотидов то же самое, так как на каждый моль основания (пурина или пиримидина) приходится по 1 молю дезоксирибозы и фосфата. Такого рода данные получены для многих образцов ДНК, неуказанные закономерности сохраняются. Тем не менее ДНК каждого вида обладает характерным составом, который не зависит от возраста, условий роста, различных факторов развития и т. п. В самом деле, образцы ДНК высших организмов из различных органов или тканей одного вида идентичны по составу.

Состав ДНК из данного источника может быть охарактеризован отношением (A+T)/(G-f-C). В бактериях наблюдается большой разброс нуклеотидного состава: некоторые имеют высокое со-

7. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

217

держание А + Т, другие — G+C. У высших организмов диапазон этих характеристик более узок; у большинства животных отношение (A-f-T)/(G+C) находится в пределах 1,3—1,5, а у высших растений колеблется от 1,1 до 1,7.

Кроме двух пуринов, аденина и гуанина, и двух пиримидинов, цитозина1 и тимина, в ДНК ряда бактерий идентифицированы незначительные количества 6-метиладенина и 5-метилцитозина. Эти метилированные основания защищают ДНК, в которых они находятся, от атаки рестрикционными дезоксирибонуклеазами (гл. 25). Метилцитозин — также характерный компонент ДНК некоторых высших растений и животных. ДНК растений богаче этим пиримидином, чем ДНК животных. Проростки пшеницы — пока самый богатый источник метилцитозина, содержащий 6 молей метилцитози-на на 100 молей оснований. Во всех случаях это основание замещает цитозин. Функция метилцитозина пока неизвестна.

Предложено несколько методов определения последовательности нуклеотидов в ДНК. В частности, удобен один из них, для которого необходимы микрограммовые количества ДНК- Метод включает маркирование 5'-конца полинуклеотидиой цепи 32Р с последующим специфическим расщеплением по остаткам аденина, гуанина, цитозина и тимина с помощью специальных агентов. Концевое маркирование ДНК осуществляется с помощью полинуклеотидкиназы — фермента, который катализирует перенос 32Р с у-32Р-меченого АТР на 5'-концевую гидроксидную группу. Частичное расщепление по каждому из четырех оснований приводит к набору меченых фрагментов, размеры которых соответствуют числу нуклеотидов от меченого конца до каждого положения данного основания в последовательности. Фрагменты разделяются электрофорезом в по-лиакриламидном геле (разд. 5.6.4). Последовательное расположение фрагментов по размерам позволяет установить точки расщепления. Радиоавтография геля, полученного для четырех различных способов расщепления, дает картину полос, из которой непосредственно может быть прочитана последовательность. Этот метод позволяет определить последовательность ~100 нуклеотидов, начиная с меченой, 5'-конца цепи ДНК*.

7.2.3. Действие нуклеаз

Нуклеазы могут специфически катализировать гидролиз ДНК или РНК, а также соответствующих полинуклеотидов. Эти ферменты подразделяются на два типа: 1) экзонуклеазы, для действия которых необходимо наличие свободного конца цепи, и 2) эндонуклеазы, которые не нуждаются в наличии свободного конца цепи и могут атаковать одну или несколько связей в любом месте полинуклеотида.

Экзонуклеазы могут расщеплять цепь либо с 3'-, либо с 5'-кон-ца, давая мононуклеотиды или смесь моно- и олигонуклеотидов. Они не обладают специфичностью ни к основанию, ни к последова-

* В настоящее время разработаны весьма эффективные методы определения нуклеотидной последовательности ДНК (методы Сенгера, Максана — Гилберта и др.), позволяющие определить структуру цепей из нескольких тысяч нуклеотидов [Шабарова 3. ?., Богданов А. А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. — М.: Химия. 1978, с. 3871. — Прим. ред.

218 I. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

тельности, однако они могут быть высокоспецифичны по их способности атаковать одно- или двухцепочечные полинуклеотиды (см. ниже).

Эндонуклеазы также могут различать одноцепочечные и дву-спиральные структуры. В то же время они могут быть специфичны к последовательности оснований, как, например, рестрнкционные дезоксирибонуклеазы (гл. 25), или к отдельному основанию. Так, рибонуклеаза (РНаза) панкреатической железы быка гидроли-зует межнуклеотидные связи у пиримидинов так, что пиримидино-вое звено остается этерифицированным по З'-положению. Точки расщепления этим ферментом показаны вертикальными пунктирными линиями, обозначенными буквой «а» (Руг — пиримидин).

Руг Gua Ade Руг Руг Gua

Конечными продуктами, образующимися в результате действия панкреатической РНазы, являются пиримидин-З'-фосфаты и оли-гонуклеотиды, оканчивающиеся пиримидин-З'-фосфатом, т. е. ...GpApGpPyrp. Рибонуклеаза Т1 из Aspergillus oryzae расщепляет РНК, образуя гуанозин-З'-фосфат и олигонуклеотиды, оканчивающиеся гуанозин-З'-фосфатом. Места расщепления (см. выше) обозначены буквой «Ь». Оба фермента очень широко используются при анализе структуры РНК- Специфичность некоторых нуклеаз приведена в табл. 7.3.

7.2.4. Двуспиральная структура ДНК

Результаты реитгеноструктурного анализа ДНК, опубликованные Вилкинсом, Франклином и сотр., свидетельствуют о том, что нуклеотиды ДНК расположены в форме спирали с периодом идентичности (шагом) 3,4 нм и расстоянием между плоскостями оснований 0,34 нм. На основании этих данных и аналитической информации, представленной выше (табл. 7.2), Уотсон и Крик предложили модель структуры ДНК, в которой две цепи, состоящие из нуклеотидов, соединенных 3',5'-фосфодиэфирными мостиками, сплетены друг с другом, так что на каждый виток спирали приходится 10 пар оснований. Диаметр спирали 2,0 нм. Две иепн удерживаются вместе большей частью за счет водородных связей между каждой аминогруппой и примыкающей к ней кетогруппой, т. е. между аденином и тимином, гуанином и цитозином и т. д. Расстояния между гликозидными связями, соединяющими пары основа-

7. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

219

Таблица 7.3 Специфичность некоторых нуклеаз

Эндонуклеазы

Фермент Субстрат Структура полинуклеотида, число нитей Продукты

ДНаза I (панкреатическая железа быка) ДНК Одна, две 5'-Фосфорилированные олигонуклеотиды

ДНаза II (тнмус теленка, селезенка) ДНК Одна, две З'-Фосфорилированные олигонуклеотиды

Эндонуклеаза Neurospora crassa ДНК, РНК Одна Нуклеозид-5'-фосфаты; 5'-фосфорилированные олигонуклеотиды

Si эндонуклеаза (Aspergillus oryzae) ДНК, РНК Одна Нуклеоз ид-5'-фосфаты; 5'-фосфорилированные олигонуклеотиды

Панкреатическая РНаза РНК Одна Пирнмидиновые нуклео-зид-З'-фосфаты; олигонуклеотиды, имеющие на конце пиримидиновый ну-клеозид-З'-фосфат

РНаза ?? (Aspergillus orygae) РНК Одна Гуанозин-З'-фосфат; олигонуклеотиды, имеющие на конце гуанозин-З'-фосфат

Рестрикциоиные эндонуклеазы «Немодифи-цированная» ДНК Две См. гл. 25

Экзонуклеазы

Фермент Субстрат Структура полинуклеотида, число нитей Атакуемый конец Продукты

Фосфодиэстераза змеиного яда РНК, ДНК Одна 3'- Нуклеозид-5'-фосфаты

Фосфодиэстераза селезенки РНК, ДНК Одна 5'- Нуклеозид-З'-фосфаты

Экзонуклеаза I Е. coli ДНК Одна 3'- Нуклеозид-5'-фосфаты и динуклеотиды с 5'-кон-ца ДНК

Экзонуклеаза III Е. coli ДНК Две 3'- Нуклеозид-5'-фосфаты и одноцепочечная ДНК

Экзонукл

страница 41
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 1" (7.28Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2019)