2. Первинна і вторинна будова днк

В природі роль генетичної нуклеїнової кислоти (гНК) виконують як ДНК (у більшості видів), так і РНК (деякі віруси). ДНК і РНК являють собою біополімери, мономерними ланками яких є залишки мононуклеотидів. Мононуклеотиди – це фосфорні ефіри нуклеотидів, кожен з яких в свою чергу побудований із залишка пентози (рибози або десоксирибози) і азотистої основи (похідної пурину або піримідину). До складу ДНК входять дві пуринових основи – аденін і гуанін – і дві піримідинових – цитозин і тимін. РНК замість тиміну містить урацил, а замість дезоксирибози – рибозу. Пентоза з’єднується з гетероциклічною основою N-глікозидним зв’язком. Таким чином, нуклеозидні залишки в ДНК і РНК відносяться до N-глікозидів.

Крім п’яти перерахованих нуклеотидів молекули РНК і ДНК містять у невеликих кількостях так звані «мінорні» нуклеотиди – дещо модифіковані та незвичайні (наприклад, метильовані) нуклеотиди.

Залишки нуклеотидів-мономерів у нуклеїнових кислотах з’єднані між собою фосфодиефірними зв’язками, які утворюються між 3'-вуглецевим атомом одного нуклеозидного залишку і 5'-атомом іншого. Тому зв’язок між двома сусідніми нуклеотидами називають 3'-5'-фосфодиефірним. Полінуклеотидні ланцюги ДНК і РНК полярні: на одному кінці завжди знаходиться вільна або заміщена група 3'-ОН, а на протилежному – фосфорильована або дефосфорильована група 5'-ОН. Ці кінці будь-якого полінуклеотиду позначають як 3' і 5'.

На початку 50-х років ХХ ст. видатним біохіміком Е.Чаргафом було встановлено, що кількість пуринових основ у молекулі ДНК завжди відповідає кількості піримідинових: А + Г = Ц + Т, вміст аденіну завжди дорівнює вмісту тиміну, а вміст гуаніну – вмісту цитозину:

А / Т = Г / Ц = 1.

Разом з тим відношення А + Т / Г + Ц є видоспецифічним і дуже відрізняється у різних видів.

Були одержані результати рентгеноструктурного аналізу ДНК М.Уілкінсон і Р.Франклін, які виявили високо впорядковану регулярну будову молекул ДНК.

Ґрунтуючись на цих дослідженнях, у 1953 р. Дж. Уотсон і Ф. Крік запропонували дволанцюгову модель вторинної структури ДНК. Згідно їх гіпотези ДНК складається із двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених у праву спіраль один навколо другого і навколо спільної осі. Ці ланцюги є антипаралельними, утримуються разом водневими зв’язками між азотними основами, причому аденін завжди з’єднаний з тиміном, а гуанін з цитозином. Таким чином полінуклеотидні ланцюги є комплементарними. Спіраль закручена таким чином, що на її поверхні утворюється дві борозни: велика – шириною біля 2,20 нм і мала – шириною приблизно 1,20 нм. Діаметр спіралі дорівнює 1,80 нм, довжина витка – 3,40 нм, в одному витку спіралі вміщується 10 нуклеотидних залишків (рис.3). Пізніше було з’ясовано, що модель Уотсона і Кріка описує структуру однієї найбільш розповсюдженої подвійної спіралі, яка була названа В-формою або В-конформацією. Пізніше було встановлено існування інших форм ДНК, які можуть взаємно переходити одна в одну (табл.).

Таблиця.

Найважливіші конформації днк та деякі їх параметри

Конформація	Довжина витка спіралі, нм	Відстань між нуклеотидами, нм	Кількість нуклеотидів на виток
В А С Z	3,40 2,80 3,10 –	0,34 0,25 0,32 0,37	10 11 9 12

ДНК у В-формі спостерігається за високої відносної вологості (92%). Якщо остання складає 80%, то В-форма переходить у А-форму, для якої необхідна наявність іонів Na⁺, K⁺, Zs⁺. Це скорочує довжину ДНК приблизно на 25% у порівнянні з В-формою.

С труктура ДНК в А-формі характерна для гібридних молекул ДНК-РНК, отже утворюється під час синтезу РНК. За низької вологості (66%) у присутності Li⁺ виникає С-форма. Вважають, що С-форма частково утворюється у хроматині, де ДНК асоційована з білками, а також у складі деяких вірусів. Існують ділянки ДНК, особливо багаті на Г – Ц пари, які переходять у лівозакручену Z-форму. Z-форма має зигзагоподібний вигляд, регулярна спіраль відсутня. Вважають, що перехід право закрученої форми до лівозакрученої форми слугує сигналом, який контролює експресію генів.

Рис 3. Модель структури ДНК за

Уотсоном і Кріком