13. Вторичная структура. Принцип комплементарности. Днк. Принцип формирования конформаций - а, в, z-формы днк. Триплексы. Палиндромы, формирование шпилек. Биологическое значение конформаций днк.

ДНК представляет собой правозакрученную спираль , состоящую из двух полинуклеотидных цепей с антипараллельным ходом. Это означает, что 3`-концу соответствует 5`-конец другой цепи и наоборот. Остатки оснований направлены внутрь спирали. На один виток спирали приходится 10 оснований. В формировании вторичной структуры ДНК участвуют следующие типы взаимодействий: водородные связи между комплементарными основаниями (две между аденином и тимином, три — между гуанином и цитозином); стэкинг-взаимодействия; электростатические взаимодействия; Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Принцип комплементарности ДНК - это строгое соответствие соединения азотистых оснований, соединёнными водородными связями, в котором: А-Т, Г-Ц.

В зависимости от внешних условий параметры двойной спирали ДНК могут меняться, причём иногда существенно. Правоспиральные ДНК со случайной нуклеотидной последовательностью можно грубо разделить на два семейства — А и В, главное отличие между которыми — конформация дезоксирибозы. Z-формой -ДНК существуют в виде левой двойной спирали. Ход сахарофосфатного остова такой ДНК можно описать зигзагообразной линией, поэтому этот вид ДНК было решено назвать Z-формой. ДНК с определённой последовательностью нуклеотидов может переходить из обычной В-формы в Z. Необычность Z-формы ДНК проявляется в том, что повторяющейся структурной единицей являются две пары нуклеотидов, а не одна, как во всех других формах ДНК.

Признак	А-форма	В-форма	Z-форма
Спираль	правая	правая	левая
Количество пар оснований на виток	11	10	12
Диаметр спирали	23 Å	20 Å	18 Å
Угол между плоскостями оснований и осью спирали	70°	90°	100°
Конформация гликозидной связи	анти	анти	анти (у пиримидина), син (у пурина)
Конформация дезоксирибозы	С3’-эндо	С2’-эндо	С2’-эндо (у пиримидина), С3’-эндо (у пурина)

Для возникновения биспиральных структур в ДНК должны присутствовать «палиндромные», повторяющиеся последовательности. Палиндром представляет собой двуцепочечную последовательность ДНК, которая одинакого читается в обоих цепях, если каждую читать в соответствии с ее ориентацией. В качестве примера можно привести последовательность

5`GGT:ACC3`

3`CCA:TGG5`

Осью симметрии является точка, относительно которой последовательность остается одинаковой при чтении в противоположных направлениях.

Благодаря наличию собственной симметрии второго порядка палиндромы могут образовывать шпилечные структуры простой крестообразной формы. Такие последовательности способствуют специфическим нуклеиново-белковым взаимодействиям и учувствуют в процессах регуляции.

14. Силы, стабилизирующие НК – водородные связи, стэкинг-взаимодействия, гидрофобные взаимодействия, комплексы с ионами.

Ионные связи образуются между заряженными атомами. Энергия ионной связи определяется по формуле: Wион = - q1q2/4πε0εr, где q1q2 – заряды взаимодействующих ионов; ε0 = 8,85•10-12 Ф/м – электрическая постоянная; ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды; r – расстояние между ионами. Ионные связи в макромолекулах обусловлены присутствием ионогенных групп: карбоксильных и аминогрупп в белках, фосфатных групп в нуклеиновых кислотах. В биомембранах ионогенными группами являются фосфаты, а также карбоксилы свободных жирных кислот. За счет ионных связей образуются комплексы различных ионов с макромолекулами. Например, многие белки связывают ионы кальция, а нуклеиновые кислоты еще и ионы магния.

Водородные связи образуются между группами, содержащими атом водорода, и атомами кислорода, азота, фтора, хлора за счет электростатических и ван-дер-ваальсовых взаимодействий. Эти связи обусловлены способностью самого малого атомного ядра протона проникать в электронные оболочки соединяемых им электроотрицательных атомов и их стягивать. Водородная связь является направленной и образуется только в том случае, когда все три атома, участвующие в её образовании, лежат на одной прямой. Водородные связи играют важнейшую роль в поддержании определенной вторичной структуры не только белков, но и нуклеиновых кислот. Одновременное образование большого числа водородных (слабых) связей в макромолекулах лежит в основе явления комплементарности, то есть строго структурного соответствия и специфичности связывания больших участков молекул.  Гидрофобные взаимодействия способствуют отталкиванию друг от друга неполярных незаряженных групп и молекул воды. Эти силы определяют формирование структуры биологических мембран и глобулярных белков.  Стэкинг-взаимодействия - межмолекулярные взаимодействия, направленные вдоль спирали между соседними пространственно сближенными азотистыми основаниями. Таким образом, взаимодействия азотистых оснований между собой скрепляют двойную спираль молекулы ДНК и вдоль, и поперек ее оси. Сильное стэкинг-взаимодействие всегда усиливает водородные связи между основаниями, способствуя уплотнению спирали. При ослаблении стэкинг-взаимодействия молекулы воды, проникая внутрь спирали, конкурентно взаимодействуют с полярными группами оснований, инициируют дестабилизацию и способствуют дальнейшему распаду двойной спирали.

14. Структура и функции РНК. Разнообразие форм РНК в клетке. Концепция «Мир РНК».

    Рибонуклеи́новая кислота́ (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов. РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков. Нуклеотиды РНК состоят из сахара — рибозы, к которой в положении 1' присоединено одно из оснований: аденин, гуанин, цитозин или урацил. Фосфатная группа соединяет рибозы в цепочку, образуя связи с 3' атомом углерода одной рибозы и в 5' положении другой. Фосфатные группы при физиологическом рН отрицательно заряжены. РНК транскрибируется как полимер четырёх оснований (аденина (A), гуанина (G), урацила (U) и цитозина (C), но в «зрелой» РНК есть много модифицированных оснований и сахаров.

Структура. Азотистые основания в составе РНК могут образовывать водородные связи между нуклетидами. Однако возможны и другие взаимодействия, например, несколько аденинов могут образовывать петлю, или петля, состоящая из четырёх нуклеотидов, в которой есть пара оснований аденин — гуанин. Важная структурная особенность РНК, отличающая её от ДНК — наличие гидроксильной группы в 2' положении рибозы, которая позволяет молекуле РНК существовать в А, а не В-конформации, наиболее часто наблюдаемой у ДНК. Второе последствие наличия 2' гидроксильной группы состоит в том, что конформационно пластичные, то есть не принимающие участие в образовании двойной спирали, участки молекулы РНК могут химически атаковать другие фосфатные связи и их расщеплять.

«Рабочая» форма одноцепочечной молекулы РНК, часто обладает третичной структурой, которая образуется на основе элементов вторичной структуры, образуемой с помощью водородных связей внутри одной молекулы. Различают несколько типов элементов вторичной структуры — стебель-петли, петли и псевдоузлы. Многие типы РНК, например, рРНК и мяРНК в клетке функционируют в виде комплексов с белками, которые ассоциируют с молекулами РНК после их синтеза или (у эукариот) экспорта из ядра в цитоплазму. Такие РНК-белковые комплексы называются рибонуклеопротеидами.