1.1.2.Вторичная структура днк

Вторичная структура ДНК представляет собой правозакрученную спираль, построенную из двух дезоксирибополинуклеотидных цепей. Саму спиральную структуру образуют сахарофосфатные остовы дезоксирибополинуклеотидных цепей, расположенные по периферии структуры. Эти цепи имеют противоположную химическую ориентацию; иначе говоря, эти цепи антипараллельны.

Центральную часть спиральной структуры занимают азотистые основания дезоксирибополинуклеотидных цепей, причем плоскости азотистых оснований почти перпендикулярны длинной оси структуры, а их упаковка в центральной зоне спирали более всего напоминает монетный столбик. Каждое азотистое основание одной цепи образует комплементарную пару с азотистым основанием другой цепи, так что и в целом одна дезоксирибонуклеотидная цепь в спиральной структуре комплементарна второй цепи. Вспомним, что комплементарными парами азотистых оснований являются такие пары, которые способны к образованию пространственно эквивалентных структур, соединенных между собой максимально возможным числом водородным связей. Для ДНК такими парами являются пары аденинтимин и гуанинцитозин. Между первой парой оснований образуется две водородных связи, между второй три водородных связи. Важным моментом в формировании вторичной структуры ДНК является то, что образующие спиральную структуры дезоксирибополинуклеотидные цепи не могут быть разъединены без раскручивания спирали, подобного рода спиральные структуры получили название плектонемичных.

Стабилизация такой структуры осуществляется, вопервых, за счет водородных связей между комплементарными парами азотистых оснований соседних цепей и, вовторых, за счет так называемого стэкингвзаимодействия взаимодействия делокализованных систем электронов сближенных и расположенных параллельно друг другу ароматических циклов, составляющих структурную основу каждого азотистого основания.

Итак, вторичная структура ДНК представляет собой двойную правозакрученную плектонемическую спираль, образованную двумя антипараллельными дезоксирибополинуклеотидными цепями, стабилизированную водородными связями и стэкингвзаимодействием.

Схема вторичной структуры ДНК

Известно несколько возможных вариантов вторичной структуры ДНК, обозначаемых буквами от А до Е. Все они преставлены правозакрученными вариантами двойной спирали, но отличаются друг от друга числом пар нуклеотидов на 1 виток спирали, пространственными параметрами витка спирали, величиной угла наклона плоскостей азотистых оснований по отношению к длинной оси молекулы и др. Возможность их образования была показана в экспериментах, в которых изменялись ионная сила растворов ДНК, ионный состав этих растворов, рН растворов и др. Принято считать, что в реальных условиях клетки молекула ДНК может существовать в виде Аформы и в виде Вформы.

Наиболее известной является Вформа, именно она была предложена в 1953 г. родоначальниками молекулярной биологии Ф.Криком и Д.Уотсоном. На 1 виток или шаг спирали Вформы ДНК приходится 10 пар нуклеотидов, расстояние между плоскостями соседних пар оснований О,338 нм, диаметр спирали 1,9 нм. При физиологических условиях ( низкая концентрация солей, высокая степень гидратации молекулы ) преобладающей структурной формой ДНК является именно ее Вформа.

При более высоком содержании ионов в окружающей среде и меньшей степени гидратации молекула ДНК может переходить в Аформу, для которой характерны несколько иные параметры витка:

на 1 виток приходится 11 пар нуклеотидов, расстояние между плоскостями соседних пар оснований О,256 нм и диаметр спирали 2,3 нм.

Наконец, при определенных условиях молекула ДНК может существовать в виде левозакрученной спирали это так называемая Zформа ДНК. На 1 виток спирали Zформы ДНК приходится 12 пар нуклеотидов, расстояние между плоскостями соседних пар оснований 0,371 нм, диаметр спирали 1,8 нм. Для образования этой формы ДНК необходимы повторяющиеся последовательности чередующихся пуриновых и пиримидиновых дезоксинуклеотидов, например многократно повторяющиеся последовательности GC или AC. Кроме того, для формирования Zформы ДНК необходим ряд дополнительных условий, например, высокая концентрация соли в окружающей среде, наличие ZДНКспецифичных белков и др.

На поверхности молекул ДНК, скрученных в А или Вформу, имеются две бороздки, располагающиеся между сахарофосфатными остовами молекул. Они различаются по своим размерам и известны под названиями «малая» и «большая» бороздки ДНК. В районе этих бороздок молекулы белков могут непосредственно взаимодействовать с азотистыми основаниями ДНК, узнавая те или иные последовательности этих оснований, что крайне важно для взаимодействия регуляторных белков со специфическими участками молекулы ДНК. На поверхности Zформы ДНК имеется только одна бороздка, выполняющая аналогичную функцию.

Каждый остаток фосфорной кислоты в составе сахарофосфатных остовов дезоксирибонуклеотидных цепей ДНК имеет ионизированную при физиологических значениях рН гидроксильную группу, в связи с чем на поверхности молекул ДНК достаточно высокая плотность отрицательных зарядов, что играет вполне определенную роль при взаимодействии ДНК с белками, в особенности с гистонами, молекулы которых в физиологических условиях имеют суммарный положительный заряд.