Биологический каталог




Принципы структурной организации нуклеиновых кислот

Автор В.Зенгер

т.е. коррелирует с конформацией сахара. Как мы увидим далее, это изменение в знаке угла наклона пар в правой спирали приводит к перестройке стэкинга оснований.

Угол наклона оснований ут коррелирует с расстоянием h между нуклеотидами вдоль оси спирали. Если бы пары были компланарны, а плоскость пары в точности перпендикулярна оси спирали, то расстояние h между нуклеотидамио вдоль оси спирали соответствовало бы вандер-ваальсову радиусу 3,4 А. Однако из табл. 9.2 и 9.3 видно, что в двухцепочечных уотсон-криковских спиралях пары не перпендикулярны оси и расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали всегда меньше, чем 3,4 А. Из чисто геометрических соображений ясно [8], что должна существовать линейная зависимость расстояния h между нуклеотидами вдоль оси спирали от ух, т.е. от угла между нормалью к плоскости мн-дивидуалъного основания и осью спирали (рис. 9.4). Этот угол, вообще говоря, немного отличается от угла наклона пары От, так как ориента-

Полиморфизм ДНК и структурный консерватизм РНК 249

цию пары задает плоскость, проведенная наилучшим образом через оба основания (рис. 2.14). Любопытно, что экстраполяция прямой на рис. 9.4 к нулевому значению угла наклона ут приводит к значению h = = 3,7 А, т. е. к величине, заметно отличающейся от ожидаемой (3,4 А). Дело в том, что основания в паре всегда повернуты одно относительно другого. Этот пропеллерный поворот оптимизирует межплоскостное взаимодействие оснований в спиральных полинуклеотидах [836] и нарушает компланарность пары. Таким образом, если для одного из оснований пары ут = 0, то для его партнера ут Ф 0, а значит, расстояние до соседней пары будет больше, чем 3,4 А.

Расстояние h между остатками вдоль оси спирали сильнее варьирует у А-ДНК, а угол спирального вращения-у В-ДНК. Расстояние между нуклеотидными остатками h в уотсон-криковских двойных спиралях А-типа колеблется от 2,56 до 3,29 А и сопровождается относительно малыми вариациями в значении угла спирального вращения: 30,0 -I- 32,7° (см. табл. 9.4 и 9.5). В двойных спиралях В-типа h, напротив, меняется незначительно, от 3,03 А у D-ДНК до 3,37 А у В-ДНК, а диапазон значений угла спирального вращения шире, чем в А-семействе, и составляет 36-45°. В результате двойные спирали А-типа больше походят друг на друга, чем спирали В-типа. Обусловлено это тем, что при изменении угла спирального вращения от 36 до 45° число остатков на виток уменьшается от 10 до 8, что существенно меняет вид спирали.

Для полинуклеотидов А-семейства характерен структурный консерватизм. Из табл. 9.3 и 9.4 следует, что двойные спирали А-семейства, у которых сахарные остатки имеют конформацию С3.-эндо, представлены только структурно близкими формами А- и А'-РНК, а также А-ДНК. Из-за С3.-эндо-конформации сахара расстояние между фосфатами уменьшается до 5,9 А (рис 9.3), поэтому полинуклеотидная цепь закручена в меньшей степени, чем в двойных спиралях В-типа: на виток приходится 11-12 нуклеотидов (или пар оснований), что соответствует углу спирального вращения 30 32,7°. Пары наклонены к оси спирали на 8-20°; это приводит к расстоянию между нуклеотидами вдоль оси спирали 3,29-2,56 А.

Для полинуклеотидов В-семейства характерно структурное многообразие. Спиральные структуры, принадлежащие В-семейству, образуют только молекулы ДНК; у РНК ни одна из этих структур не обнаружена. В случае С2-эндо- или эквивалентной ей С3.-экзо-конформации са-харных остатков в В-семействе соседние фосфаты в полинуклеотидной цепи расходятся на расстояние ~ 7 А (рис. 9.3), и это приводит к более Сильному закручиванию спирали по сравнению со спиралями А-семейства. Вследствие этого угол спирального вращения увеличивается до 36-45°, а расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали-до '3,03-3,37 А, т.е. в целом становится больше, чем в спиралях А-типа. JC этими характеристиками связан угол наклона пары. В данном случае

он меньше, а кроме того, отрицателен: — 16,4---5,9 А (табл. 9.5).

Следует подчеркнуть, что по сравнению с двойными спиралями А-

Таблица 9.3. Конформационные параметры полинуклеотидов, принадлежащих А- и В-семействам

Тип

Полинуклеотид спирали а (Р—О,.) Р (05—С5.) (С5.-С4.) 8 (С4—С3.) ? (Сз—Оэ.) Юз—Р) X Ссылка

А-семейство

Двойные спирали гетерополимеров

cx-A-PHKl А -88 -155 54 83 -179 -52 -155 [852]

р-А-рнк}реовиРУса А -92 -151 52 83 174 -46 -146 [852]

Poly(A)poly(U) А -62 180 48 83 -151 -74 -166 Г8481

Poly(I)poly(C) А' -65 -167 44 83 -168 -60 -161 LO40J

А-РНК1» А -68 178 54 82 -153 -71 -158

А-ДНК" А -50 172 41 79 -146 -78 -154

А-ДНК А -90 -149 47 83 -175 -45 -154 [304]

А-ДНК А -75 -179 59 79 -155 -67 -158

Ро1у(2-метилтио-А) ¦ poly(U) -102

с хугстеновскимиТРогу(т82А) А -93 153 100 79 -132 -72 4 Г8К71

парами ]Poly(U) А -177 76 85 -149 -72 8 Le°'J

Тройные спирали гетерополимеров

Poly(U)-poly(A)-poly(U)

Относительная влаж- U А' -28 171 24 83 -156 -75 -154

ность 92% А А' -66 -179 53 83 -163 -67 -150

и А' -40 167 37 83 -149 -83 -156

Относительная влаж- U А -55 173 47 83 -152 -74 -158 [853]

ность 72% А А -76 176 64 83 -156 -69 -152 и А -63 174 53 83 -149 -76 -158

fubpudbi ДНК РНК

Poly(I)poly(dC) А' -71 -176 56 80 -159 -64 -165 [849]

Poly(U) ¦ poly(dA) • poly(U)

и А -57 172 49 83 -152 -74 -158

dA А -71 178 58 83 -160 -67 -149 [853]

и А -62 174 53 83 -149 -76 -157 Комплексы гомополимеров

Poly(AH+)poly(AH+) А -75 168 69 82 -144 -67 -176 [458]

Poly (s2U)- poly (s2U)

а-Цепь А -43 172 37 77 - 146 -77 - 160 I [461] Р-Цепь А -43 163 41 81 - 148 -80 -150 \

Poly (X)-poly (X) J

pH 5,7 А -75 171 63 87 - 142 -80 -156 | [854]

pH 8,0 А -66 - 179 51 81 - 153 - 71 - 162 \

[poly(I)]4, [poly(G)]4 А - 103 176 92 83 - 156 -69 - 169 J [855]

Одноцепочечные спиральные гомополимеры

Poly(Q А -57 173 47 83 - 129 -65 -159 | [947]

Poly (0'2-метил-С) А -88 - 175 66 83 - 138 -58 - 154 } Poly (A) J

Спираль 2-го порядка — 99 183 46 154 - 88 39 - ПО [963]

Спираль 9-го порадка А -64 154 53 В-семейство 83 - 145 -70 - 160 [957]

В-ДНК В -46 - 147 36 157 155 -96 -98 '856"

В-ДНК В -41 136 38 139 - 133 - 157 - 102 :304=

С-ДНК С -39 - 160 37 157 161 - 106 -97 "857=

Poly (dA - dT) - poly (dA - dT) D - 62 - 152 69 157 141 - 101 -97 "845"

ДНК T2 D -73 - 137 89 146 136 -85 - ПО "858=

Poly (dA)-poly (dT) В' - 52 - 136 39 157 145 - 87 -96 =859=

«В-ДНК с чередованием

конформации»

Фрагмент А—Т -60 110° (А) - 60 [900] Фрагмент Т—А - 50 155°(Т) - 120

Одноцепочечный спиральный гомополимер

Poly(dT) - 72 179 43

Гибриды ДНК-РНК при высокой относительной влажности Poly (A)-poly (dT)

Poly (А) А - 88 174 75

Poly(dT) В 180 96 166

151

97 152

- 105

146 178

164

-77 -36

- 148 [358] IIS } №

" Новые данные, полученные на волокнах; личное сообщение Арнотта и Чандрасекарана (1982).

Таблица 9.4. Параметры спиралей полинуклеотидов, имеющих конформацию сахара Съ.-эндо и, следовательно, принадлежащих А-семейству

Полинуклеотид

Тип

спирали

Симметрия спирали1)

Шаг

спирали, А

Расстояние между остатками вдоль оси спирали, А

Угол спирального вращения, град

Смещение пары от оси спирали2', А

Угол наклона пары3», град

Ссылка

Двойные спирали гетерополимеров а-А-РНК I

Р-А-РНК j РеовиРУса Poly (A)-poly (U) Poly (I)- poly (С) А-ДНК

Poly (2-метилтио-А) ¦ poly (U) с хугстеновскими парами (

PoIy(ms2A) Poly(U)

А п, 30,0 2,73 32,7 4,4 17,0

А П, 30,0 2,73 32,7 4,4 19,2

А »i 30,9 2,81 32,7 4,4 16,0

А' 12, 36,0 3,00 30,0 4,4 10,0

А П, 28,2 2,56 32,7 4,7 20,0

А 13

А 31,6 3,16 36,0 — 10

Тройные спирали гетерополимеров

[852]

[848] [843]

[887]

Poly (dT)-poly (dA)-poly (dT) с уотсон-кри- A 12, 39,1 3,26 30,0 2,80 8,5

ковскими и хугстеновскими парами для уот-сон-кри-ковских пар

Poly (U) • poly (А) ¦ poly (U)

Относительная влажность 92% A 12, 36,5 3,04 30,0 12,0 [853]

Относительная влажность 72% A И, 33,4 3,04 32,7 12,0

Poly (I)- poly (A)- poly (I) A И, 36,2 3,29 32,7 2,8 8,0

Гибриды ДНК-РНК

Poly (rl)- poly (dC) A' 12, 35,6 2,97 30 4,9 5,68 [849]

Poly (U) - poly (d A) - poly (U) A И, 33,6 3,06 32,7 12,0 [853]

Poly (dQ • poly (I) - poly (dC) A И, 34,8 3,16 32,7 10,0

Комплексы гомстолимеров

Poly(AH+)poly(AH+) Poly (s2U)- poly (s2U) A 8,

A »i

Poly (X)-poly (X)

pH 5,7 A 10,

pH 8,0 И,

[Poly (I)]4- [poly (G)]J> A 232

Одноцепочечные спирали гомополимеров

Poly (С) A 6,

Ро1у(02-метил-С) A 6,

Poly (А)

Спираль 2-го порядка — 2,

Спираль 9-го порядка A 9,

В-ДНК В 10,

С-ДНК С 283

Poly (d А - dT) • poly (dA - dT) D 8,

ДНК T2 D 8,

Poly (dA)-poly (dT) B' 10,

Одноцепочечный спиральный гомополимер Poly(dT) - 7,2,

Гибриды ДНК-РНК при высокой относительной влажности Poly (A)-poly (dT)

Ро1у(А)(С3.-эндо) В 9,7,

Poly(dT) В

30,4 3,8 45 10 [458]

28,8 2,62 32,7 18 [461]

30,1 3,01 36 21}

27,7 2,52 32,7 И1

39,2 3,41 31,3 1Г [855]

18,6 3,1 60 21 [947]

18,9 3,2 60 28

5,8 2,9 180 36 [963]

25,4 2,82 40 24 [957]

33,7 3,37 36 -0,14 -5,9/-2,1 [843, 856]

30,9 3,31 38,6 - 1,0 - 8,0/1,0 [842,

857]

24,2 3,03 45 - 1,8 - 16,4 [845]

27,2 3,40 45 - 1,43 - 6/4 [858]

32,9 3,29 36 -0,02 -7,9/- 1,0 [859]

25,2 3,5 50 132 [358]

33,7 3,46 37,0 — — [912]

1} См. дополнение 9.1.

2) Определение этой величины дано на рис. 2.14.

3) Это есть угол между нормалью к плоскости оснований и осью спирали. Если приведены два числа, первое отвечает углу наклона пары 6-г, а второе-углу пропеллера оснований 6р (см. рис. 2.14).

4) Первоначальное предположение о том, что сахар находится в конформации С2-эндо [993], оказалось ошибочным [855].

254

Глава 9

Рис. 9.3. Нуклеотиды в С3.-эндо- (вверху) и С2--эндо-конформациях (внизу); эти коиформации отвечают полинуклеотидным спиралям А- и В-типов [863].

семейства полинуклеотиды В-семейства, состоящего из В-, С- и D-форм, проявляют большее структурное разнообразие. Обусловлено это в основном особенностями макроскопической организации двойных спиралей А- и В-типа. Она остается практически неизменной при плавном аскручивании А-формы, приводящем к увеличению порядка спирали т 11 до 12, но заметно меняется при закручивании В-формы, уменьшающем порядок от 10 до 8. Это не означает, что закручивание или

~~\—I—I—I—1—|—I—I—I—1—i—I—I—г

2,5 3,0 3,5

ft, А

Рис. 9.4. Линейная зависимость расстояния h между нуклеотидами вдоль оси полинуклеотидной двойной спирали от угла ут между нормалью к плоскости данного основания и осью спирали [791].

Полиморфизм ДНК и структурный консерватизм РНК

255

Таблица 9.5. Сравнение структурных характеристик полинуклеотидных двойных спиралей А- и В-типов

Тип семейства А В

Конформация сахара Су-эндо С2.-эндо

Расстояние между соседними 5,9 А 7,0 А

фосфатами одной цепи

Смещение пары от оси спирали 4,44-4,9 А -0,2 4- - 1,8 А

в сторону минор- в сторону главного

ного желобка желобка

Угол спирального вращения 30-^32,7° 36 4-45°

Расстояние между нуклеотидами 2,56-^3,29 А 3,03 4- 3,37 А

вдоль оси спирали

Угол наклона пары Положительный, Отрицательный,

от 10 до 20,2° от - 5,9 до - 16,4°

раскручивание связано с определенной затратой энергии деформации. Речь идет о доминантном структурном признаке, которым, как мы сейчас увидим, являются боковое смещение пар относительно оси спирали и форма желобков на поверхности спирали.

Наличие глубокого и мелкого желобков и смещение пар от оси-макроскопические особенности, отличающие спирали А-типа от спиралей В-типа. Кроме конформации сахара и знака угла наклона пары спирали А- и В-типа различаются по величине параметра D, описывающего смещение пары от оси спирали (рис. 9.5). В В-ДНК ось спирали проходит через пару оснований (D ~ — 0,2 А), тогдао как в D-ДНК она проходит вблизи минорного желобка (D ~ —1,8 А). В А-ДНК ось попадает в главный желобок, и D = 4,4-4,9 А. Из-за большого смещения пар от оси в двойных спиралях А-типа полинуклеотидные цепи обвивают ось, подобно ленте, оставляя внутри полый цилиндр с вандерваальсовым диаметром ~3,5 А. Пары расположены по периферии спирали. Это приводит к образованию очень глубокого и узкого главного желобка и мелкого широкого минорного желобка (разд. 2.8, рис. 2.13 и табл. 9.2). В В- и С-ДНК ось спирали проходит через пары, поэтому желобки здесь менее выражены. Их глубина примерно одинакова, но ширина различается; главный желобок шире минорного. В D-ДНК, где ось спирали лежит в минорном желобке, желобки по глубине также почти не различаются и, поскольку спираль 8-го порядка закручена сильнее, чем В-ДНК, минорный желобок становится совсем узким, а главный-еще более широким и открытым.

С различными размерами желобков связана специфическая способность к комплексообразованию. Геометрия главного желобка в двойных спиралях А-типа зависит от угла наклона пар, а следовательно, и от расстояния h между остатками вдоль оси. Если это расстояние мало и составляет величину порядка 2,6 А, спирали (А-ДНК и А-РНК) имеют глубокий и узкий главный желобок, доступный только молекулам воды и ионам металлов. При увеличении И до 3,29 А главный желобок, оста-

256

Глава 9

Рис. 9.5. Смещение оси спирали относительно пары оснований в А-, В-, С-и D-ДНК. Крестиками отмечены точки, в которых ось спирали данного типа пересекает плоскость пары.

ваясь таким же глубоким, раскрывается до такой степени, что в нем умещается еще одна полинуклеотидная цепь: мы встретимся с этим в разд. 10.2 при рассмотрении комплекса poly(U) • poly(A)

страница 30
< 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

Скачать книгу "Принципы структурной организации нуклеиновых кислот" (9.68Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.09.2019)