Базовая пара Хугстина
Пара оснований Хугстина представляет собой вариант спаривания оснований в нуклеиновых кислотах, таких как пара A•T. Таким образом, два нуклеиновых основания , по одному на каждой цепи, могут удерживаться вместе за счет водородных связей в большой бороздке. Хугстина Пара оснований применяет положение N7 пуринового основания (в качестве акцептора водородной связи ) и аминогруппу C6 (в качестве донора), которые связывают грань Уотсона-Крика (N3-C4) пиримидинового основания .
История
[ редактировать ]Спустя десять лет после того, как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали свою модель двойной спирали ДНК, [2] Карст Хугстин сообщил [3] кристаллическая структура комплекса, в которой аналоги А и Т образуют пару оснований, имеющую геометрию, отличную от описанной Уотсоном и Криком. Аналогично, альтернативная геометрия спаривания оснований может возникнуть для пар G•C. Хугстин отметил, что если бы в ДНК присутствовали альтернативные модели водородных связей, то двойная спираль должна была бы принять совершенно другую форму. Пары оснований Хугстина наблюдаются в альтернативных структурах, таких как четырехцепочечные структуры G-квадруплекса , которые образуются в ДНК и РНК.
Химические свойства
[ редактировать ]Свойства пар оснований Хугстина совершенно отличаются от пар оснований Уотсона-Крика . Угол между двумя гликозидными связями (около 80° в паре A•T) больше, а расстояние C1 ' –C1 ' (около 860 пм или 8,6 Å) меньше, чем в обычной геометрии. В некоторых случаях, называемых перевернутой парой оснований Хугстина , одно основание повернуто на 180 ° относительно другого.
В некоторых последовательностях ДНК, особенно в динуклеотидах СА и ТА, пары оснований Хугстина существуют как временные объекты, которые находятся в термическом равновесии со стандартными парами оснований Уотсона-Крика. Обнаружение переходных частиц потребовало использования ЯМР-релаксационной дисперсионной спектроскопии, применяемой к макромолекулам. [1]
Пары оснований Хугстина наблюдались в комплексах белок-ДНК. [4] Некоторые белки эволюционировали, чтобы распознавать только один тип пары оснований и использовать межмолекулярные взаимодействия для смещения равновесия между двумя геометриями.
ДНК имеет множество особенностей, которые позволяют белкам распознавать ее последовательность. Первоначально считалось, что это распознавание в первую очередь связано со специфическими взаимодействиями водородных связей между боковыми цепями аминокислот и основаниями. Но вскоре стало ясно, что идентифицируемого однозначного соответствия не существует, то есть не существует простого кода, который можно было бы прочитать. Частично проблема заключается в том, что ДНК может претерпевать конформационные изменения, которые искажают классическую двойную спираль. Возникающие в результате вариации изменяют презентацию оснований ДНК молекулам белков и, таким образом, влияют на механизм распознавания.
Поскольку искажения двойной спирали сами по себе зависят от последовательности оснований, белки способны распознавать ДНК аналогично тому, как они узнают другие белки и небольшие молекулы-лиганды, то есть через геометрическую форму (вместо определенной последовательности). Например, растяжение оснований А и Т может привести к сужению малой бороздки ДНК (более узкой из двух борозд двойной спирали), что приводит к усилению локальных отрицательных электростатических потенциалов, что, в свою очередь, создает места связывания для положительно заряженных аминоаргинина. кислотные остатки в белке.
Триплексные конструкции
[ редактировать ]
Это спаривание оснований, отличное от Уотсона-Крика, позволяет третьим нитям обвиваться вокруг дуплексов, которые собираются по схеме Уотсона-Крика , и образовывать трехцепочечные спирали, такие как (poly(dA)•2poly(dT)) и ( поли(rG)•2поли(rC)). [5] Его также можно увидеть в трехмерных структурах транспортной РНК , таких как T54•A58 и U8•A14. [6] [7]
Спаривание оснований тройной спирали
[ редактировать ]Пары оснований Уотсона-Крика обозначаются знаком «•», «-» или «.» (пример: A•T или поли(rC)•2поли(rC)).
Хугстина Пары оснований трехцепочечной ДНК обозначаются знаком «*» или «:» (пример: C•G*C+, T•A*T, C•G*G или T•A*A).
Квадруплексные конструкции
[ редактировать ]Пары Хугстина также позволяют образовывать вторичные структуры одноцепочечной ДНК и РНК, богатые G, называемые G-квадруплексами (G4-ДНК и G4-РНК). Существуют доказательства образования G4 как in vitro, так и in vivo. Было высказано предположение, что геномные G4 регулируют транскрипцию генов и на уровне РНК ингибируют синтез белка посредством стерического ингибирования функции рибосомы. Ему нужны четыре тройки G, разделенные короткими прокладками. Это позволяет собирать плоские квартеты, которые состоят из сложенных друг на друга ассоциаций молекул гуанина, связанных Хугстином. [8]
См. также
[ редактировать ]- Колебание базовой пары
- G-квадруплекс
- Гуанин тетрада
- Третичная структура нуклеиновой кислоты
- Полипуриновые шпильки обратного Хугстина (PPRH), олигонуклеотиды, которые могут связывать ДНК или РНК и снижать экспрессию генов.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Николова Евгения Николаевна; Юнэ Ким; Эбигейл А. Уайз; Патрик Дж. О'Брайен; Иоан Андрисиоаи; Хашим М. Аль-Хашими (2011). «Переходные пары оснований Хугстина в канонической дуплексной ДНК» . Природа . 470 (7335): 498–502. Бибкод : 2011Natur.470..498N . дои : 10.1038/nature09775 . ПМК 3074620 . ПМИД 21270796 .
- ^ Уотсон Дж.Д., Крик Ф.Х. (1953). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы». Природа . 171 (4356): 737–738. Бибкод : 1953Natur.171..737W . дои : 10.1038/171737a0 . ПМИД 13054692 . S2CID 4253007 .
- ^ Хугстин К. (1963). «Кристаллическая и молекулярная структура комплекса с водородными связями между 1-метилтимином и 9-метиладенином» . Акта Кристаллографика . 16 (9): 907–916. дои : 10.1107/S0365110X63002437 .
- ^ Айшима Дж., Гитти Р.К., Ной Дж.Э., Ган Х.Х., Шлик Т., Вольбергер С. (декабрь 2002 г.). «Пара оснований Хугстина, встроенная в неискаженную B-ДНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 30 (23): 5244–52. дои : 10.1093/nar/gkf661 . ПМЦ 137974 . ПМИД 12466549 .
- ^ Ким С.К., Такахаши М., Норден Б. (октябрь 1995 г.). «Связывание RecA с антипараллельной тройной спиралью поли(dA).2poly(dT) ДНК». Биохим Биофиз Акта . 1264 (1): 129–33. дои : 10.1016/0167-4781(95)00137-6 . ПМИД 7578246 .
- ^ Загрядская Е.И., Дойон Ф.Р., Штейнберг С.В. (июль 2003 г.). «Важность обратной пары оснований Хугстина 54–58 для функции тРНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 31 (14): 3946–53. дои : 10.1093/нар/gkg448 . ПМК 165963 . ПМИД 12853610 .
- ^ Вестхоф Э., Ауффингер П. (9 сентября 2005 г.). «Структура транспортной РНК» (PDF) . Энциклопедия наук о жизни . Природный паб. Группа. ISBN 9780470015902 . Проверено 28 марта 2019 г.
- ^ Джонсон Дж. Э., Смит Дж. С., Козак М. Л., Джонсон Ф. Б. (август 2008 г.). «In vivo veritas: использование дрожжей для исследования биологических функций G-квадруплексов» . Биохимия . 90 (8): 1250–63. дои : 10.1016/j.biochi.2008.02.013 . ПМК 2585026 . ПМИД 18331848 .