stringtranslate.com

Пара оснований Хугстина

Химические структуры для пар оснований Уотсона–Крика и Хугстина A•T и G•C+. Геометрия Хугстина может быть достигнута вращением пурина вокруг гликозидной связи (χ) и переворачиванием основания (θ), одновременно затрагивая C8 и C1 ′ (желтый). [1]

Пара оснований Хугстина — это разновидность спаривания оснований в нуклеиновых кислотах, например, пара A•T. Таким образом, два азотистых основания , по одному на каждой нити, могут удерживаться вместе водородными связями в большой бороздке. Пара оснований Хугстина использует положение N7 пуринового основания (как акцептор водородной связи ) и аминогруппу C6 (как донор), которые связывают поверхность Уотсона–Крика (N3–C4) пиримидинового основания .

История

Спустя десять лет после того, как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали свою модель двойной спирали ДНК, [2] Карст Хугстин сообщил [3] о кристаллической структуре комплекса, в котором аналоги A и T образовали пару оснований, которая имела геометрию, отличную от описанной Уотсоном и Криком. Аналогично, альтернативная геометрия спаривания оснований может иметь место для пар G•C. Хугстин указал, что если бы в ДНК присутствовали альтернативные модели водородных связей, то двойная спираль должна была бы принять совершенно иную форму. Пары оснований Хугстина наблюдаются в альтернативных структурах, таких как четырехцепочечные G-квадруплексные структуры, которые образуются в ДНК и РНК.

Химические свойства

Пары Хугстина имеют совершенно иные свойства, чем пары 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 обращенными парами оснований Хугстина , одно основание повернуто на 180° относительно другого.

В некоторых последовательностях ДНК, особенно в динуклеотидах CA и TA, пары оснований Хугстина существуют как переходные сущности, которые присутствуют в тепловом равновесии со стандартными парами оснований Уотсона-Крика. Обнаружение переходных видов потребовало использования релаксационной дисперсионной спектроскопии ЯМР, применяемой к макромолекулам. [1]

Пары оснований Хугстина наблюдались в комплексах белок–ДНК. [4] Некоторые белки эволюционировали так, чтобы распознавать только один тип пар оснований и использовать межмолекулярные взаимодействия для смещения равновесия между двумя геометриями.

ДНК имеет много особенностей, которые позволяют белкам распознавать ее последовательность-специфическую. Первоначально считалось, что это распознавание в первую очередь включает специфические водородные связи между боковыми цепями аминокислот и основаниями. Но вскоре стало ясно, что не существует идентифицируемого соответствия один к одному — то есть не существует простого кода для считывания. Часть проблемы заключается в том, что ДНК может претерпевать конформационные изменения, которые искажают классическую двойную спираль. Получающиеся изменения изменяют представление оснований ДНК молекулам белков и, таким образом, влияют на механизм распознавания.

Поскольку искажения в двойной спирали сами по себе зависят от последовательности оснований, белки способны распознавать ДНК способом, аналогичным тому, как они распознают другие белки и малые молекулы лигандов, т. е. через геометрическую форму (вместо конкретной последовательности). Например, растяжения оснований A и T могут привести к сужению малой бороздки ДНК (более узкой из двух бороздок в двойной спирали), что приводит к усилению локальных отрицательных электростатических потенциалов, что в свою очередь создает сайты связывания для положительно заряженных остатков аминокислоты аргинина на белке.

Триплексные конструкции

Триады оснований в структуре тройной спирали ДНК.

Это не-Уотсон-Криковское спаривание оснований позволяет третьим цепям обвиваться вокруг дуплексов, которые собираются в шаблоне Уотсона-Крика , и образовывать трехцепочечные спирали, такие как (поли(dA)•2поли(dT)) и (поли(rG)•2поли(rC)). [5] Это также можно увидеть в трехмерных структурах транспортной РНК , таких как T54•A58 и U8•A14. [6] [7]

Спаривание оснований тройной спирали

Пары оснований Уотсона–Крика обозначаются символами «•», «-» или «.» (пример: A•T или poly(rC)•2poly(rC)).

Трехцепочечные пары оснований ДНК Хугстина обозначаются символом «*» или «:» (пример: C•G*C+, T•A*T, C•G*G или T•A*A).

Квадруплексные структуры

Пары Хугстина также позволяют формировать 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. Геномные G4, как предполагается, регулируют транскрипцию генов и на уровне РНК ингибируют синтез белка посредством стерического ингибирования функции рибосомы. Для этого необходимы четыре триплета G, разделенных короткими спейсерами. Это позволяет собирать плоские квартеты, которые состоят из сложенных ассоциаций молекул гуанина, связанных Хугстином. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Евгения Н. Николова; Эуна Ким; Эбигейл А. Уайз; Патрик Дж. О'Брайен; Иоан Андричиоаи; Хашим М. Аль-Хашими (2011). «Переходные пары оснований Хугстина в канонической дуплексной ДНК». Nature . 470 (7335): 498–502. Bibcode :2011Natur.470..498N. doi :10.1038/nature09775. PMC  3074620 . PMID  21270796.
  2. ^ Уотсон Дж. Д., Крик Ф. Х. (1953). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура дезоксирибозонуклеиновой кислоты». Nature . 171 (4356): 737–738. Bibcode :1953Natur.171..737W. doi :10.1038/171737a0. PMID  13054692. S2CID  4253007.
  3. ^ Хугстин К (1963). «Кристаллическая и молекулярная структура комплекса с водородными связями между 1-метилтимином и 9-метиладенином». Acta Crystallographica . 16 (9): 907–916. doi : 10.1107/S0365110X63002437 .
  4. ^ Aishima J, Gitti RK, Noah JE, Gan HH, Schlick T, Wolberger C (декабрь 2002 г.). «Пара оснований Хугстина, встроенная в неискаженную B-ДНК». Nucleic Acids Res . 30 (23): 5244–52. doi : 10.1093/nar/gkf661. PMC 137974. PMID  12466549. 
  5. ^ Ким СК, 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.
  6. ^ Загрядская Е.И., Дойон Ф.Р., Штейнберг С.В. (июль 2003 г.). «Важность обратной пары оснований Хугстина 54–58 для функции тРНК». Nucleic Acids Res . 31 (14): 3946–53. doi :10.1093/nar/gkg448. PMC 165963. PMID  12853610 . 
  7. ^ Westhof E, Auffinger P (2005-09-09). "Трансферная РНК-структура" (PDF) . Энциклопедия наук о жизни . Nature Pub. Group. ISBN 9780470015902. Получено 28 марта 2019 г. .
  8. ^ Джонсон JE, Смит JS, Козак ML, Джонсон FB (август 2008). «In vivo veritas: использование дрожжей для исследования биологических функций G-квадруплексов». Biochimie . 90 (8): 1250–63. doi :10.1016/j.biochi.2008.02.013. PMC 2585026 . PMID  18331848.