Вторичная структура ДНК

Особенностью нуклеотидного состава ДНК является то, что число адениловых нуклеотидов равно числу цитидиловых: А=Т, G=Q следо­вательно, А+G^+C, т. е. число пуриновых нуклеотидов равно числу пиримидиновых (правило Чаргаффа). Такие соотношения не свойствен­ны РНК.

Исходя из правила Чаргаффа о нуклеотидном составе ДНК и из рентгеноструктурных исследований, Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс (Великобритания) предложили модель строения ДНК (1953). Ниже сформулированы основные черты этой модели.

1. Молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепей, ориентированных антипараллельно и на всем протяжении связанных друг с другом водородными связями (каждый из мононуклеотидов участвует в образовании водородных связей).

2. Водородные связи между цепями образуются за счет специфи­ческого взаимодействия аденинового остатка одной цепи с тиминовым остатком другой цепи (пара А...Т) и гуанинового остатка одной цепи с цитозиновым остатком другой цепи (пара C...G):

Н

/

Н₃С 0""Н------ N N

Ч

i 1 N------------- Н---- N \

W \

о

тимин аденин

v 1 N.............................. Н------ N 1 v------------ N

)=^n/

о............. Н------- N

\

цитозин гуанин

Основания, образующие пару, комплементарны друг другу в том смысле, что между ними легче возникают водородные связи, чем при других сочетаниях (например, A и G, A и C и др.); это объясняется гео­метрией расположения групп, участвующих в образовании водородных связей между парами оснований, и геометрией молекулы ДНК в целом.

3. Первичная структура одной цепи молекулы ДНК комплемен­тарна первичной структуре другой цепи. Это легко понять, рассматри­вая следующую схему:

(5'—►З') A-T-A-A-G-C-T-C • «••. •..

• «•• ■ •..

(3'_^5') T-A-T-T-C-C-A-G

Если в положении n (считая с 5'-конца) первой цепи находится остаток дезоксиаденилата (А), то в положении n (считая с 3'-конца)
второй цепи находится комплементарный ему остаток тимидилата (Т), а не какой-либо другой мономер. Таким образом, если известна первич­ная структура одной цепи молекулы ДНК, то первичная структура дру­гой цепи может быть легко написана, исходя из правил комплементар- ности оснований и комплементарности цепей, иначе говорят, что одна цепь является матрицей для другой. Следует отметить, что комплемен- тарность цепей не означает идентичности их первичных структур.

4. Обе цепи закручены в спираль, имеющую общую ось; цепи мо­гут быть разделены только путем раскручивания. Пуриновые и пирими- диновые основания обращены внутрь спирали; их плоскости перпенди­кулярны оси спирали и параллельны друг другу, так что получается стопка оснований. Между основаниями в этой стопке возникают гидро­фобные взаимодействия, вносящие основной вклад в стабилизацию двойной спирали, больший, чем водородные связи между цепями. Пен- тозофосфатные части располагаются по периферии, образуя ковалент- ный остов спирали.______________________________________

Рис. 2.4. Модель фрагмента ДНК

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 го­ду Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс получили Нобе­левскую премию за установление структуры ДНК.