3.2.3.2. Варианты днк

Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) обычно локализуются в ядре и митохондриях, что и лежит в основе их деления.

Принципы строения их молекул однотипны. Как любой биополимер имеют несколько уровней организации: первичную – двойную полинуклеотидную нить, состоящую из дезоксирибонуклеозидфосфатов, связанных фосфодиэфирными связями; вторичную – полученную в результате спирализации; третичную – суперспиралированную структуру. Но так как они сильно отличаются по массе, то и в деталях их строения имеется много отличий.

Митохондриальную ДНК иногда называют 25–ой хромосомой, ее значения не превышают 5% от общего количества ДНК; в каждой органелле содержится 5-10 ее копий. Это довольно маленький биополимер: его первичную структуру составляют 16569 пар мононуклеотидов. Облигатной чертой ДНК эукарит является спаренность нитей за счет комплементарности. Первым эту особенность заметилChargaff в 1949 г. Он обратил внимание, что часть и пиримидиновых, и пуриновых оснований включает или кето- или аминогруппы, между которыми за счет наличия водорода в последней могут образовываться водородные связи. Его первый постулат: молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов и это логично – две нити будут параллельны только тогда, если против крупной структуры (пурина) встанет маленькая (пиримидин). Если подобная ситуация создастся между двумя пуринами – им будет тесно, а пиримидинам – просторно, что не будет способствовать возникновению водородных связей. Во-вторых, для этого необходимо, чтобы против кетогруппы стояла аминогруппа, то есть их число должно быть равным

Исходя из выше сказанного, третьим положением и будет: А = Т, а Г = Ц (схема 323.2.1).

Схема 3.2.3.2.1. Водородные связи между основаниями в ДНК.

В целом, первичная структура ДНК представляет нить, образованную фосфодиэфирными связями между мононуклеотидами одной цепи и водородными между противоположными. (см. Приложение, схема 2). Кроме того, рядом лежащие гидрофобные ароматические основания за счет различных по плотности электронных облаков способны взаимодействовать друг с другом, создавая так называемые стекинг-взаимодействия, а фосфаты, являясь заряженными группами, вступают в ионные связи с различными катионами (металлов, основными белками, полиаминами).

Характеризуя митохондриальную ДНК следует заметить, что в первичной структуре отсутствуют интроны, в ее кодогенах (триплетах - комплементарных смысловым кодонам иРНК) нередки отклонения от генетического кода. Вторичная структура - хорошо спирализованное образование. Третичная - представляет кольцевой дуплекс, то есть концы сдвоенной нити сближены и соединены между собой. ДНК митохондрий содержит информацию не обо всех белках этих органоидов (см. «Патохимия наследственных болезней» С. 18).

Самая большая молекула, содержащая в клетках, это ядерная ДНК. Если ее вытянуть до первичной структуры, длина составит около 8 см (!). Этот уровень организации включает различные гены (транскриптоны, регуляционные и т.д.), палиндромы. Последние представляют фрагменты нитей, одна половина которой комплементарна второй, при их сближении друг с другом за счет возникновения водородных связей образуются шпильки, к которым крепятся различные белки (регуляторные, каталитические).

Первичная структура включает и минорные основания, о вероятной роли которых было написано выше.

Как замечено раньше, нить с одного конца фосфорилирована (5’ –конец), на другом расположена свободная 3’–ОН группа дезоксирибозы (3’ – конец). Когда две нити связаны одной ДНК, то они антипараллельны - каждый конец цепи имеет 3’ и 5’ концы.

Ядерная ДНК хорошо спирализована - это правозакрученная спираль, шаг которой равен 3,4 нм, диаметр составляет 2 нм, 1 виток включает 10 мононуклеотидов и полюс шпильки. Подобная конформация известна как В-форма и обычна для клетки. Но молекула ДНК может менять свою упаковку в зависимости от условий: быть более сплющенный (А-форма), зигзагообразный (Z-форма).

Важным свойством двойной спирали ДНК является ее способность изгибаться. Молекула ее в миллион раз длиннее, чем ядро или клетка и чтобы поместиться в них, она должна быть гибкой, что приводит к суперспирализации , т.е. третичная структура представляет дальнейшее закручивание двойной нити вокруг положительно заряженных белков - гистонов. Последние образуют октамерный (восемь, т.е 4 пары Н_2а, Н_2в, Н₃, Н₄ гистонов) протеиновый комплекс, называемый нуклеосомой, вокруг которого молекула ДНК совершает два оборота (схема 3.2.3.2.2).

Схема 3.2.3.2. Модель упаковки ДНК

Участок ДНК, расположенный между рядом лежащими нуклеосомами и включающий 30-40 пар мононуклеотидов (в отличие от 200 пар, окружающих катушку), - называют линкерным. Считают, что он связан с Н₁-гистонами. Подобная упаковка доводит до стократного уменьшения молекулы. В дальнейшем подобные нити образуют петли, что увеличивает компактность; за счет дополнительной спирализации и обеспечивается 10000-кратная конденсация ДНК.