13 Слайд
Структура ДНК стабилизируется следующими связями:
Нуклеотиды в молекулах нуклеиновых кислот соединены между собой посредством 3’,5’-фосфодиэфирной связи.
Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей.
3) Гидрофобные взаимодействия между основаниями.(стэкинг взаимодействия).
В ДНК и РНК параллельный стэкинг имеет место между соседними парами нуклеотидов и повышает стабильность молекулярной структуры. Азотистые основания нуклеотидов имеют пуриновые или пиримидиновые группы в своем составе, состоящие, в свою очередь, из ароматических колец. В молекуле ДНК ароматические кольца расположены примерно перпендикулярно оси спирали, поэтому их поверхности расположены параллельно, что способствует перекрыванию p-орбиталей этих оснований.
Структура ДНК позволяет объяснить молекулярный механизм фундаментальных биологических явлений, таких как самовоспроизведение организмов, наследственность , изменчивость. Установление структуры ДНК – одно из выдающихся событий науки XX в. В 1962 го-ду Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию за установление структуры ДНК.
14 Слайд Формы организации двухцепочечной днк
ДНК может формировать несколько типов двойных спиралей (рис.4). В настоящее время уже известно шесть форм (от А до Е и Z-форма).
Структурные формы ДНК, как установила Розалинда Франклин, зависят от насыщения водой молекулы нуклеиновой кислоты. В исследованиях волокон ДНК при помощи рентгеноструктурного анализа было показано, что рентгенограмма радикальным образом зависит от того, при какой относительной влажности, при какой степени насыщения водой этого волокна происходит эксперимент. Если волокно было достаточно насыщено водой, то получалась одна рентгенограмма. При высушивании возникала совершенно другая рентгенограмма, сильно отличающаяся от рентгенограммы волокна высокой влажности.
Молекула ДНК высокой влажности получила название В-формы. При физиологических условиях (низкая концентрация соли, высокая степерь гидратации) доминирующим структурным типом ДНК является В-форма (основная форма двухцепочечной ДНК - модель Уотсона-Крика). Шаг спирали такой молекулы равен 3,4 нм. На виток приходится 10 комплементарных пар в виде скрученных стопок "монет" - азотистых оснований. диаметр 1,8 нм, угол наклона к оси 0°. В этой правозакрученной спирали плоскости пар оснований перпендикулярны оси спирали. Схематически двойная спираль представляет собой винтовую лестницу. В-форма по-видимому, благоприятна для процесса репликации.
Молекула ДНК более низкой влажности получила название А-формы. А-форма образуется в условиях менее высокой гидратации и при более высоком содержании ионов Na+ или К+. Эта более широкая правоспиральная конформация имеет 11 пар азотистых оснований на виток. Плоскости азотистых оснований имеют более сильный наклон к оси спирали, они отклонены от нормали к оси спирали на 20°.. Расстояние между соседними нуклеотидами составляет 0,23 нм, длина витка – 2,5 нм, диаметр спирали – 2,3 нм.
Первоначально считали, что А-форма ДНК менее важна. Однако в дальнейшем выяснилось, что А-форма ДНК, также как и В-форма, имеет огромное биологическое значение. А-форму имеет спираль РНК-ДНК в комплексе матрица-затравка, а также спираль РНК-РНК и шпилечные структуры РНК. А-форма ДНК обнаружена в спорах. Установлено, что А-форма ДНК в 10 раз устойчивее к действию УФ-лучей, чем В-форма.
А-форму и В-форму называют каноническими формами ДНК.
Формы С-Е также правоспиральные, их образование можно наблюдать только в специальных экспериментах, и, по-видимому, они не существуют in vivo. С-форма ДНК имеет структуру, сходную с В-ДНК. Число пар оснований на виток составляет 9,33, длина витка спирали равна 3,1 нм. Пары оснований наклонены на угол 8 градусов относительно перпендикулярного положения к оси. В С-форму могут переходить природные и синтетические полинуклеотиды ДНК.
Z-форма ДНК была открыта в 1979. Ее открыл профессор Массачусетского технологического института Александр Рич с сотрудниками. Z-форма стала одним из важнейших структурных элементов ДНК в связи с тем, что ее образование наблюдалось в участках ДНК, где пурины чередуются с пиримидинами (например, 5’-ГЦГЦГЦ-3’), или в повторах 5’-ЦГЦГЦГ-3’, содержащих метилированный цитозин.
Z-форма ДНК - это левозакрученная двойная спираль, в которой фосфодиэфирный остов расположен зигзагообразно вдоль оси молекулы. Отсюда и название молекулы (zigzag)-ДHK. Z-ДНК - наименее скрученная (12 пар оснований на виток) и наиболее тонкая из известных в природе. Расстояние между соседними нуклеотидами составляет 0,38 нм, длина витка – 4,56 нм, диаметр Z-ДНК – 1,8 нм. Кроме того, внешний вид этой молекулы ДНК отличается наличием одной бороздки.
Z-форма ДНК была обнаружена в клетках прокариот и эукариот. В настоящее время получены антитела, способные отличать Z-форму от В-формы ДНК.