Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Биоорганическая химия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Первичная структура нуклеиновых кислот

Первичная структура нуклеиновых кислот — это линейная последовательность нуклеотидных звеньев, связанных ковалентными фосфодиэфирными связями в непрерывную цепь полинуклеотида.

Мононуклеотиды в структуре нуклеиновых кислот связаны друг с другом через остатки фосфорной кислоты, которые образуют две сложноэфирные (фос- фодиэфирные) связи: с С3 предыдущего и С? последующего нуклеотидного звена. Полимерная цепь НК состоит из чередующихся пентозных и фосфатных остатков, а гетероциклические основания являются «боковыми» группами, присоединенными к пентозным остаткам. Концы линейной (неразветвленной) по- линуклеотидной цепи обозначают: б'-конец (слева) и З'-конец (справа). Запись цепи обычно начинают с б'-конца. В этом случае общее направление образования фосфодиэфирных связей в цепи обозначается 5'—>3'. На б'-конце находится фосфатная группа, поэтому его сокращенно обозначают буквой «Р». На другом конце цепи в пентозном остатке сохраняется свободной гидроксильная группа у С3, поэтому этот конец цепи обозначают как ОН-конец. На рис. 16.3 приведено строение участка цепи ДНК, включающего четыре нуклеотида (A-C-G-T).

Первичная структура участка полинуклеотидной цепи ДНК

Рис. 16.3. Первичная структура участка полинуклеотидной цепи ДНК

Принцип построения цепи РНК такой же, как и у ДНК, с двумя исключениями: пентозным остатком в РНК является D-рибоза и в наборе гетероциклических оснований используется не тимин, а урацил.

Вторичная спиральная структура нуклеиновых кислот. Стэкинг-взаимодействия

В полинуклеотидной цепи отдельные мононуклеотиды связаны друг с другом фосфодиэфирными связями. Хотя в образовании связей между атомами кислорода и фосфора в фосфат-ионах, кроме 5-связей, имеются и тг-связи, образованные электронами d-АО фосфора (до 30 %), однако вращение вокруг фосфатной связи -P-О- возможно. Между торсионными углами, как в нуклеотидах, так и в полинуклеотидной цепи, имеются строгие корреляции, что позволяет молекуле НК существовать только в нескольких конформациях и придают остову значительную жесткость. В формировании и стабилизации жесткой спиралевидной вторичной структуры НК основную роль играют вертикальные взаимодействия между соседними основаниями, располагающимися друг над другом в виде стопок.

Этот тип взаимодействия соседних оснований получил название стэкинг- взаимодействия. Решающими в реализации таких взаимодействий являются особенности строения азотистых оснований нуклеотидов. Благодаря плоскостной жесткой структуре полярные заместители одного основания (-NH2, -N-, =0) «нависают» над ароматическим кольцом соседнего основания. Диполь, образовавшийся в одной группе атомов, приводит к поляризации и-электронной системы соседних атомов или групп атомов, индуцируя тем самым образование параллельно ориентированных диполей, которые притягиваются друг к другу. Поскольку азотистые основания обладают и собственным дипольным моментом, то лондоновские дисперсионные силы (обусловленные взаимодействием индуцированных диполей) и взаимодействие между постоянными диполями вместе дают весьма заметный эффект. В олиго- и полинуклеотидах стэкинг- взаимодействия между соседними основаниями приводят к формированию стабильной одноцепочечной правой спиральной структуры.

В водных растворах полинуклеотидов и НК в формировании стэкинг-взаимодействия участвуют и гидрофобные силы. Если растворенные молекулы агрегируют друг с другом, то суммарная поверхность контакта с раствором уменьшается. Это приводит к высвобождению молекул структурированной воды, к увеличению ее энтропии и к стабилизации агрегатов.

Стэкинг-взаимодействия стабилизируют спиральную структуру НК и способствуют преодолению сил электростатического отталкивания между отрицательно заряженными фосфатными группами. Эта энергия стабилизации может быть равна или даже превышать энергию связывания цепей водородными связями. Построение молекулярных моделей показывает, что именно в правой спирали взаимодействие между нуклеотидами оптимальное.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>