6.5.3. Третичная структура днк

ДНК прокариот существует в линейной и кольцевой формах, третичная структура которых характеризуется спирализацией и суперспирализацией (рис.17).

У эукариот ДНК в третичной структуре находится в составе хроматина ядра и хромосом и характеризуется суперспирализацией нескольких уровней. Необходимость такой упаковки становится понятной из следующих цифр: длина всех молекул ДНК человека составляет в среднем 210¹⁰ км (для сравнения: расстояние от Земли до Солнца 1,410⁸ км); длина ДНК одной клетки 2 м, а диаметр ядра, в котором она содержится, 5 мкм.

Первый уровень суперспирализации ДНК в хроматине поддерживается белками-гистонами, образующими комплексы с молекулой ДНК – нуклеосомы. Нуклеосома образуется гистонами Н2а, Н2b, Н3 и Н4, образующими октамер; и около 200 нуклеотидными парами. Участки ДНК между нуклеосомами – линкерная ДНК – состоят из 6–60 пар нуклеотидов и покрыты гистоном Н1. Таким образом на первом уровне суперспирализации образуется цепь из «бусинок» – нуклеосом.

Более высокие уровни суперспирализации (соленоид, диффузный кластеризованный и конденсированный хроматин) образуются при закручивании в спираль второго и последующего порядков цепочки нуклеосом вплоть до конденсациив хромосому.

На один оборот спирали приходится: в несуперспирализованной ДНК – 10 пар нуклеотидов; в нуклеосоме – 80 (уплотнение в 6–7 раз); в соленоиде – 6 нуклеосом на виток, 1200 нуклеотидных пар (уплотнение в 40 раз); в каждой петле хроматина – 60000 нуклеотидных пар (в 680 раз); в хромосоме – 1,110⁶ нуклеотидных пар (в 1,210⁴ раз).

При суперспирализации ДНК приобретает «скрытую» конформационную энергию, влияющую на любой процесс, происходящий с изменением числа витков двойной спирали. Это позволяет ферментам, локально расщепляющим ДНК (ДНК-полимеразы и др.), легко связываться с суперспирализованной ДНК. Кроме того, появляется реальная возможность образования участков вторичной структуры, которые термодинамически невыгодны и практически не существуют в линейной или циклической форме.

Переход ДНК в суперспирализованной состояние и обратно осуществляется при посредстве ферментов топоизомераз.

6.5.4. Свойства днк

ДНК – вещества белого цвета, волокнистого строения, плохо растворимые в воде (растворяются в виде солей щелочных металлов), но растворимы в крепких растворах солей. Растворы ДНК обладают высокой вязкостью и двойным лучепреломлением. Молекулы ДНК имеют отрицательный заряд и поэтому подвижны в электрическом поле. Оптически активны.

При температурах от 80 до 90С происходит «плавление» ДНК, сопровождающееся изменением вязкости раствора и возрастанием поглощения в ультрафиолетовой части спектра (гиперхромный эффект).

ДНК химически инертна. Однако может вступать в реакции:

– с ионами металлов (с Cu²⁺ и Ме⁴⁺ образует нерастворимые комплексы) за счет атомов N и О гуанина;

– с полиаминами (спермидином H₂N–(CH₂)₃–NH–(CH₂)₄–NH₂ и спермином H₂N–(CH₂)₃–NH–(CH₂)₄–NH–(CH₂)₃–NH₂);

– алкилирование аминогрупп А, Г, Ц (см. выше);

– дезаминирование Г и Ц.

Последние два процесса – основа химического мутагенеза.