35. Вторичная структура днк. Формы двойной спирали.

Ответ. Вторичная структура ДНК представляет собой двухцепочечную спираль, из двух длинных полинуклеотидных цепей, закрученных относительно общей оси. Сахарофосфатный скелет обеих цепей обращён наружу от оси спирали, а азотистые основания обращены внутрь спирали. Две цепи удерживаются вместе с помощью водородных связей между азотистыми основаниями (аденин образует две связи с тимином, а гуанин — три связи с цитозином), гидрофобных связей, стэкинг-взаимодействий и ионных связей. Одна цепь ДНК комплементарна другой, при этом цепи антипараллельны.Две антипараллельные цепи являются правозакрученными вдоль общей оси, диаметр спирали ~23,7 Å (2,37 нм). Плоскости, в которых лежат азотистые основания, образующие водородные связи, почти перпендикулярны оси спирали. В B-ДНК основания занимают центральную часть спирали, а сахарофосфатный скелет закручен и обращён наружу. Только края оснований контактируют с растворителем. Каждое основание имеет приблизительно одну ширину, что придает спирали ДНК практически полную симметрию независимо от состава самих оснований. Основания в парах можно поменять местами без каких-либо последствий для спирали: Г ≡ Ц можно изменить на Ц ≡ Г или А = Т на Т = А. Каноническая (идеальная) форма B- ДНК имеет 10 пар оснований в одном шаге (в одном повороте спирале). При этом на каждую пару приходится 36° (если быть точным, то число пар в шаге — 10,4, следовательно, угол составляет 34,6°). Пары оснований уложены в спирали «стопками». Шаг спирали составляет 34 Å (3,4 нм). ДНК обладает структурной гибкостью и существует в нескольких формах: A-ДНК, B-ДНК (классическая Уотсон-Криковская двойная спираль), Z-ДНК и др. A- и B-ДНК являются правозакрученными спиралями. В B-ДНК азотистые основания располагаются почти перпендикулярно к оси вращения спирали. Z-ДНК представляет собой левозакрученную спираль. Бо́льшая часть ДНК клетки находится в B-форме. В двойной спирали различают большую и малую бороздки — это расстояния между сахарофосфатными остовами обеих цепей в двойной спирали. Химические связи, стабилизирующие вторичную структуру ДНК. Стэкинг-взаимодействия: пары оснований, уложенные в спирали «стопками» удерживаются силами Ван-дер-Ваальса. И несмотря на то, что связи между 2 парами оснований крайне слабые, их большое количество во всей молекуле ДНК является важным фактором её стабилизации. Гидрофобные связи: гидрофобные азотистые основания «погружены» внутрь спирали и взаимодействуют друг с другом, это придаёт спирали дополнительную стабильность. Водородные связи образуются между азотистыми основаниями цепей. Между аденином и тимином — 2 водородных связи, а между гуанином и цитозином — 3. Электростатические взаимодействия: электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными остатками фосфорной кислоты дестабилизирует спираль ДНК, однако эти эффекты минимизированы присутствием ионов Mg2+ и катионных белков (богатых лизином и аргинином). По сравнению с А-формой спирали ДНК В-спираль более узкая и вытянутая. Большая бороздка В-спирали достаточно широкая и легко доступная для белков, азотисные основания перпендикулярны к оси спирали. А-форма ДНК, соответственно, короче и шире, чем В-форма, ее а.о. наклонены относительно оси спирали. Отличительной особенность Z-формы является то, что это левая спираль, то есть она закручена по часовой стрелке, в отличии от закрученных против часовой стрелки А- и В-спиралей. Z-форма дуплекса ДНК более узкая и вытянутая по сравнению с двумя другими формами. А.о. почти перпендикулярны оси спирали, а атомы фосфора разных нуклеотидов располагаются на разном отдалении от оси спирали, в результате чего линия, соединяющая атомы фосфора, принимает зигзагообразный вид. Ниже в таблице 1 вы можете найти сравнение основных спиральных параметров трех форм ДНК. В Z-форме тимина нет.