Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Все большее значение сейчас придается связи между последовательностью оснований и особенностями пространственной конфигурации ДНК. По-видимому, те участки ДНК, в которых преобладают АТ-пары (заведомо более лабильные, чем пары ГЦ), являются особенно неустойчивыми и допускают ряд вариаций третичной структуры. Значение таких вариаций для узнавания строго определенных точек ДНК регуляторными и энзиматическими белками рассматривается в главах VI и VII.
Все изложенное выше о структуре нуклеиновых кислот относится преимущественно к ДНК. Что касается структуры РНК, то прежде всего целесообразно классифицировать их по особенностям
2 И. П Ашмарин
33
строения. Первую группу образуют природные двуцепочечные РНК ряда вирусов (реовирус, вирус раневых опухолей растений и др.), которые подобны двуцепочечным ДНК по всем признакам организации молекулы (на месте АТ-пар в них стоят АУ-пары) и по функции, ибо, как и ДНК, они являются хранителями генетической информации — хромосомами вирусов.
Двуцепочечные РНК образуются также в процессе размножения вирусов, содержащих в периоды существования вне зараженной клетки одноцепочечную РНК. Только такая, так называемая репликативная форма РНК, может служить матрицей для ряда вирусных РНК-полимераз. В небольших количествах двуцепочечные РНК встречаются и в клетках эукариотов (Duesberg, Colby, 1969; Harel, Montaghnier, 1971; Berry, Bevan, 1972; Kronenberg, Humphreys, 1972). Пока, правда, неясно, каковы их функции и не являются ли они следами хронических вирусных инфекций или отражением «загрязнения» генома клеток высших организмов фрагментами хромосом канцерогенных вирусов (Huebner, Todaro, 1969; Huebner et al., 1970; Aaronson et al., 1971).
Ранее мы уже упоминали, что в синтетических двуцепочечных РНК наличие рибозы вместо дезоксирибозы делает несколько менее компактной структуру биспиральной молекулы. Из этого не следует, однако, что все известные вирусные двуцепочечные РНК характеризуются меньшей прочностью связи между цепями. Так, по температуре денатурации — 99° С — реовирусная РНК оставляет позади ДНК с таким же процентом ГЦ-пар, плавящуюся при 87° С. Видимо, есть еще какие-то особенности строения двуцепочечных реовирусных РНК, обеспечивающие им особенную прочность.
Уподобляя двуцепочечным ДНК двуцепочечные РНК, следует иметь в виду некоторые терминологические сложности. Дело в том, что последние нельзя называть, несмотря на полное подобие структуры, ДНК-подобными РНК. Этот термин уже использован и принят для обозначения одноцепочечных РНК клеток эукариотов, которые являются репликой того или иного участка ядер ной ДНК (безотносительно к тому, является ли такая РНК мессенджером или же выполняет другие функции, например регуляторные). Поэтому единственным термином, не вызывающим недоразумений, остается двуцепочечная РНК.
Обращаясь к обширному семейству одноцепочечных РНК, следует указать, что практически невозможно назвать такие РНК, которые при физиологических значениях ионной силы, pH ц температуры не содержали бы более или менее обширных и многочисленных биспиральных областей, образующихся за счет комплементарных участков в одной и той же полинуклеотидной цепочке. В свою очередь это ведет к образованию сложных складчатых, петлеобразных структур. Обилие и обширность биспиральных участков в значительной мере определяет жесткость третичной структуры РНК. С другой стороны, наличие неспирализованных участков делает все одноцепочечные РНК более гибкими по структуре, чем ДНК и генетические РНК, что, очевидно, необходимо
для выполнения ими ряда специфических функций. Видимо, наименее спирализованы в обычных условиях мессенджер-РНК и вирусные одноцепочечные РНК (последние на начальных стадиях заражения так же функционируют, как мРНК). Понятно, что образование в мРНК обширных спирализованных участков затруднило бы стадию трансляции на рибосомах. Однако показано, что в начальных участках некоторых мРНК последовательность нуклеотидов такова, что обеспечивает образование обширного биспираль-ного участка (Lebowitz et al., 1971). Возможно, образующаяся при этом сложная пространственная конфигурация б'-конца мРНК необходима для узнавания ее факторами инициации трансляции (см. гл. VI).
Принципиальные схемы структуры рибосомальных РНК в различных условиях приведены на рис. 6, а электронные микрофотограммы— на рис. 2.
При низкой и средней ионной силе и температуре, близкой к физиологической или меньшей, доля участков, где фрагменты цепи связаны друг с другом водородными связями, довольно велика, достигая по некоторым оценкам 75—90%. Однако участки эти отнюдь не являются столь же строго упорядоченными, как биспираль ДНК. В них много дефектов комплементарности, например пиримидин-пиримидиновых пар, петель и т. п. Строго спирализо-ванные участки составляют, видимо, около 60—65%, а возможно, и менее, причем их размеры невелики — в среднем около 10 нуклеотидов (4—20). В двуцепочечных участках РНК встречаются также случаи спаривания водородными связями оснований, не являющихся комплементарными — ГУ и АЦ. Это осуществимо при отклонениях от некоторых из требований, упоминавшихся выше при рассмотрении структуры ДНК, в частности от расположения обоих оснований в одной плоскости и при некоторых поворотах нуклеотидов, которые невозможны в рамках строго спирализован-ной структуры. Изложенные представления о структуре подтверждаются полученными в последнее время данными о последовательности нуклеотидов во фрагментах рРНК. Примеры представлены на рис. 7.
