ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структурно-функциональная организация молекул ДНК из "Химические основы жизни" Как известно, основная биологическая роль ДНК сводится к хранению и передаче наследственной информации. Поэтому основное требование, которое природа предъявила к ДНК, заключается в стабильности ее молекулярной структуры в физиологических условиях, обеспечивающей сохранность генетической информации. Несомненно, это возможно при определенной пространственной организации молекул ДНК, исследование особенностей которой позволяет наиболее четко представлять механизмы функционирования нуклеиновых кислот in vivo. [c.271] Первичная структура ДНК, Последовательность чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК составляет ее первичную структуру. Для обозначения последовательности первичной структуры полинуклеотидной цепи используют однобуквенные символы образующих ее нуклеотидов, которые идентичны символам соответствующих азотистых оснований. [c.271] Такие соотношения не свойственны РНК. [c.271] Отношение суммарного содержания гуанина и цитозина к суммарному содержанию аденина и тимина, характеризующее нуклеотидный состав данного вида ДНК, называют коэффициентом специфичности. Каждая ДНК имеет индивидуальный коэффициент специфичности, который, как правило, изменяется от 0,3 до 2,8. [c.272] При изучении нуклеотидного состава ДНК были получены данные, которые помогли установить ее пространственную структуру (см. ниже). [c.272] Наблюдавшийся в конце XX в. быстрый прогресс в различных областях молекулярной биологии во многом обусловлен появлением эффективных методов определения первичной структуры ДНК. К таким методам относится селективная химическая модификация различных типов азотистых оснований в составе ДНК с последующим расщеплением меж-нуклеотидных связей в модифицированных звеньях. Реакции селективной модификации по каждому типу азотистых оснований проводятся таким образом, чтобы в каждой молекуле ДНК в среднем модифицировалось только одно звено данного типа. Поскольку все звенья данного типа в составе молекулы эквивалентны и реагируют с модифицирующим агентом с одинаковыми скоростями, то в итоге каждое звено этого типа окажется частично модифицированным. Дальнейшая обработка ДНК вторичным амином или щелочью приводит к отщеплению модифицированных азотистых оснований от цепи ДНК и разрыву полинуклеотидной цепи в местах отщепления гетероциклов. Все перечисленные операции схематично представлены на рис. 8.3. [c.272] Кроме метода химической модификации нуклеиновых кислот в настоящее время широко применяется метод секвенирования ДНК с помощью высокоспецифичных ферментов — рестриктаз — на отдельные фрагменты, а также использование ДНК- олгше/ азы — фермента синтеза ДНК in vivo (см. главы 11 и 19). [c.272] Набор реакций, применяемых в настоящее время для химической модификации ДНК, достаточно велик, и его полное рассмотрение выходит за рамки материала настоящего пособия. [c.272] Вторичная структура ДНК. Расшифровка вторичной структуры ДНК — одно из крупнейших достижений молекулярной биологии и биохимии, благодаря которому был раскрыт механизм передачи наследственной информации в ряду поколений. В 1953 г. американский биохимик Д. Уотсон и английский физик Ф. Крик на основании большого числа экспериментальных данных (картины дифракции рентгеновских лучей на нити ДНК) предложили модель структуры молекулы ДНК, су-ществуюш,ей в водном растворе. В основе модели Уотсона и Крика заложены следующие основные положения. [c.273] Третичная структура ДНК. В частицах вирусов, клетках бактерий и высших организмов молекулы ДНК плотно упакованы и образуют довольно сложные структуры. Например, в хромосоме . соН содержится молекула ДНК длиной более 1 мм, хотя длина самой клетки не превышает 5 мкм. Вирусную ДНК можно отнести к сравнительно мелким полимерным биомолекулам, но если ее вытянуть, то она окажется во много раз длиннее, чем сам вирус. Сопоставление среднего диаметра молекулы гемоглобина (65 А), длины молекулы одного из самых длинных белков — коллагена (3000 А) с длиной молекулы ДНК подчеркивает огромные размеры молекул нуклеиновых кислот. Для измерения длины молекул нуклеиновых кислот в биохимии введена специальная единица длины, равная 1000 пар нуклеотидов в случае двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот — т. н. н. или кЬ (от англ. kilobase — тысяча) либо 1000 нуклеотидов в случае одноцепочечных молекул — т.н. или кЬ. Так, участок длины одноцепочечной ДНК величиной в 1 кЬ имеет контурную длину 0,34 мкм и массу около 660 ООО. [c.276] Третичная структура ДНК эукариот также проявляется в многократной суперспирализации молекулы, однако в отличие от прокариот она осуществляется в составе комплексов ДНК с белками (нуклеопротеины). Основная нуклеопротеиновая структура, содержащая ДНК, — это хроматин (дезоксирибонуклеопротеин). Структурная организация хроматина сложна и изучена далеко не полностью. Примерно V3 массы хроматина приходится на белки, остальное количество — на ДНК. Кроме того, в состав хроматина входит до 10 % РНК. Половина всех белков хроматина — это гистоны. На электронно-микроскопических фотографиях хроматина легко можно рассмотреть образования, напоминающие бусы. Каждая бусина содержит 8 молекул гистонов и намотанную на них (примерно полтора витка) молекулу ДНК длиной около 150 нуклеотидных пар. Такую структуру называют нуклеосомой (рис. 8.9). При таком способе укладки длина молекулы ДНК уменьшается примерно в 7 раз по сравнению с вытянутой спирализованной молекулой. [c.277] Длина молекул ДНК в среднем составляет около 3 — 5 см, а длина хромосом — всего несколько микрометров. Следовательно, степень укладки ДНК в хромосомах благодаря дополнительному скручиванию нуклеосом-ной нитки бус достигает нескольких тысяч. Высшие уровни укладки ДНК еще недостаточно хорошо изучены. [c.277] В препаратах ДНК, выделенных из природных объектов, в малых количествах обнаруживаются кремний, магний, кальций, стронций и рйд других микроэлементов, которые, по-видимому, участвуют в стабилизации пространственной структуры ДНК. Предполагают также, что в некоторых случаях кремний в форме кремниевой кислоты может заменять фосфатные остатки в молекуле ДНК, что, по-видимому, играет некую биологическую роль. [c.277] Вернуться к основной статье