8. Олиго- и полинуклеотиды: структура, физические и химические свойства

Олигонуклеотиды (до 50 звеньев) и полинуклеотиды. Связаны фосфодиэфирными связями. Используются в качестве зондов (ДНК-зонд, меченый фрагмент для гибридизации с другим участком молекулы) или праймеров.

Читают с гидроксила рибозного кольца, который свободен (не образует фосфодиэфирной связи со следующим нуклеотидом).

9. Вторичная структура нуклеино­вых кислот: рентгеноструктур­ные исследования днк, положе­ния Чаргаффа, двойная спираль и ее биологическое значение, комплементарность и взаимная ориентация цепей

Мономеры — дезоксирибонуклеозидфосфаты. Нуклеозиды: аденозин, тимидин, гуанозин, цитидин.

П ервые рентгеноструктурные исследования ДНК: 19 век швед Мишер обнаружил странную субстанцию, назвал нуклеином. Уилкинс, Франклин — четкие ренгтгеновские дифракционные фото ДНК. Уотсон и Крик расшифровали в 1953.

О риентация цепей: ДНК — двойная правозакрученная спираль. Цепи соединены водородными связями, антипараллельны (3'-5' VS 5'-3').

Комплементарность: водородные связи только между G-C (3 связи) и A-T (2 связи). В одном витке 10 нуклеотидов, высота 3,4 нм. Помимо водородных связей двойная спираль стабилизируется стэкинг-взаимодействиями между гетероциклами, которые расположены "стопками" высотой 3,4 А. До конца не ясно, что и как, но характер гидрофобный, а между облаками π-электронов ароматических колец оснований есть частичное перекрывание. Энергия 12÷60 кДж/моль. Возможно благодаря этому есть гиперхромный эффект: поглощение УФ-света отдельными нуклеотидами существенно выше, чем полинуклеотидами, а поглощение одиночных цепей выше комплементарных.

Сахарофосфатный каркас ДНК обращен к растворителю. Неэфтерифицированные остатки фосфорной кислоты имеют заряд -1 и для компенсированная электростатического отталкивания стабилизированы противоионами Na⁺, K⁺, Mg²⁺. Молекулы ДНК, особенно в области сахарофосфатного участка, сильно гидратированы (насыщены водой), сеть водородных связей важна для стабилизации молекулы.

В целом ДНК — длинная молекула, внутри гидрофобные остатки гетероциклических оснований (малый желобок), на поверхности гидрофильный и заряженный сахарофосфатный остов (большой желобок).

Третичная структура: молекулы ДНК в хромосомы. Упаковка с помощью белков-гистонов — "катушек", на которые наматываются нити ДНК. Гистоны богаты остатками лизина и аргинина, положительно заряжены, образуют ионные связи с отрицательно заряженными молекулами ДНК. Каждая единица катушки = 8 гистоновых белков, вокруг них ДНК совершает 1,75 оборота (146 пар нуклеотидов) → нуклеосома. Участок ДНК между нуклеосомами — линкерный, он связан с еще одним гистоном, в среднем 60 пар. Общая масса гистонов в ядре примерно равна массе ДНК, которую они упаковывают. Нуклеосомы плотно упакованы другими белками, образуют хроматин — форма существования ДНК в интерфазных клетках. Если аминогруппы боковых радикалов лизина, аргинина модифицируются ферментами и образуют производные, заряд теряется, конформация гистонов меняется, ДНК "слетает с катушки", появляются матрицы для транскрипции. Хроматин и пакует ДНК и позволяет быстро реагировать на внутри- и внеклеточные сигналы, поддерживать состояние активности и неактивности генов. Нуклеосома — нуклеопротеид.

Денатурация — плавление (разрушение водородных и других связей) под действием температуры или pH. Так как неспаренный участки ДНК поглощают свет сильнее, чем спаренные, при плавлении двойной спирали оптическая плотность раствора возрастет. Связи G-C рвать сложнее, чем A-G. Температура плавления — кол-ва расплавленной и нерасплавленной ДНК равны. При охлаждении раствора реассоциация — отжиг.

Правила Чаргаффа: А=Т, Г=Ц; пурины = пиримидины (А+Г=Т+Ц); кол-во оснований с аминогруппами в положении 6 = кол-ву оснований с кетогруппами в положении 6: А+Ц=Т+Г.

Значение спирали: двойная спираль по принципу комплементарности → почти безошибочное копирование; "почти" = возможность возникновения наследственной изменчивости → эволюции; передача наследственной инфы и бла-бла-бла.