 |
Структура и функции ДНК
|
|
|
|
Первичная структура ДНК – последовательность дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи, что определяет закодированную в ней информацию.
В результате многочисленных исследований по определению первичной структуры ДНК установлено, что в молекулах ДНК бактериофагов почти все последовательности нуклеотидов уникальны, т. е. встречаются один раз. В ДНК бактерий большинство генов также уникальны, но некоторые последовательности, кодирующие транспортные и рибосомные РНК, повторяются несколько раз.
Фундаментальной особенностью геномов эукариот является наличие нуклеотидных последовательностей разной степени повторяемости:
· уникальные последовательности, т. е. последовательности нуклеотидов, представленные один раз, составляют 60% всей ДНК генома эукариот, несут информацию о структуре специфических белков;
· умеренно повторяющиеся последовательности, которые повторяются десятки и сотни раз (10-25% ДНК) - это структурные гены продуктов, необходимых клетке в больших количествах, например, гены рибосомных и транспортных РНК, гистоновых белков, иммуноглобулинов;
· часто повторяющиеся последовательности (105-106 раз), в основном, это сателлитная ДНК, находящаяся в центромерных областях хромосом, участвующая, вероятно, в распределении гомологичных хромосом в митозе и мейозе.
Анализ содержания азотистых оснований в нуклеиновых кислотах позволил американскому ученому Э. Чаргаффу сформулировать ряд правил (правила Чаргаффа):
1. В молекулах ДНК сумма молярных концентраций пуриновых нуклеотидов равна сумме молярных концентраций пиримидиновых нуклеотидов: А+Г=Т+Ц. Эта закономерность не выполняется для РНК в связи с одноцепочечным строением молекулы, в
|
|
|
которых отношение суммарных молярных концентраций пуриновых и пиримидиновых оснований изменяется в широком интервале.
2. В молекулах ДНК молярное содержание аденина равно молярному содержанию тимина (А=Т), а молярная доля гуанина равна молярной доле цитозина (Г=Ц). Для молекул РНК это правило не соблюдается.
3. Отношение суммы молярных концентраций гуанина и цитозина к сумме молярных концентраций аденина и тимина в молекулах ДНК (аденина и урацила в молекулах РНК) в нуклеиновых кислотах варьирует. Это отношение называется коэффициентом специфичности нуклеиновых кислот:
Г + Ц = К А + Т (У )
, где К - коэффициент специфичности.
Для ДНК в основном К< 1, т. е. в природе преобладают ДНК АТ-типа; для РНК К> 1, т. е.
РНК ГЦ-типа.
Молекулы ДНК обладают выраженной видовой специфичностью; в случае РНК видовая специфичность выражена слабо.
Вторичная структура ДНК. В соответствии с моделью, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году, она представлена правозакрученной спиралью, в которой две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно и удерживаются относительно друг друга за счет взаимодействия между комплементарными азотистыми основаниями. Комплементарность – способность азотистых оснований образовывать водородные связи между собой.
Связи, стабилизирующие двойную спираль ДНК:
1. Водородные связи между комплементарными парами азотистых оснований. Между аденином и тимином могут образовываться две, а между гуанином и цитозином – три водородных связи (рис. 10). Комплементарные пары азотистых оснований одинаковы по размерам и форме, обращены внутрь молекулы ДНК и лежат в одной плоскости (рис. 11).
2. Между основаниями в ДНК возникают гидрофобные взаимодействия, обеспечивающие стабилизацию структуры спирали.
3. Стэкинг-взаимодействие – взаимодействие π -облаков азотистых оснований вдоль оси молекулы ДНК.
|
|
|
H
N N H O
дезоксирибоза N
H N
тимин
N
аденин
O
дезоксирибоза
H
N O H N
N
дезоксирибоза N
гуанин
N H N
N H O
H
N цитозин дезоксирибоза
|
|
|
