Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул - Эйген М.
Скачать (прямая ссылка):
АА|УАЦ|УЦ ^ass
АУГ 1200 УАЦ 700
(правильный кодон) ±200 (правильный кодон) 90 000
АУГА 13 500 УАЦ А 700
АУГУ 1 400 УАУ («виляние» в 3') 37 000
АУГЦ 900 УАУА
АУГГ 1000 Фен-тРНК 2>
ГУГ («виляние» в 5') 1200 АУ|ААГ *|УЦ *
ГУГА 9 800 УУЦ (правильный кодон) 900
ГУГУ 1 000 УУЦА 10 000
УУУ («виляние» в 3') 300
УУУА 1000
*) ^ass(M ') измерены в водном растворе (1,0 М NaCl, 10 мМ MgCl2l
10 мМ фосфатный буфер, pH 7) при 0° С. Прн значениях К < 400JH-1 ассоциация недостоверна. А*—N (6) диметнладенин; У *—псевдоурацил (ф); Г* —2-0-ме-тилгуанин; Ц * — 2-О-метил цитозин.
2) Личное сообщение О. Уленбека.
Во время визитов в Гёттинген два сотрудника П. Доти— Ф. Мартин и О. Уленбек —проводили совместно с Д. Пёршке дальнейшие термодинамические и кинетические исследования упомянутых олигомеров [89]. Ниже приводятся результаты и (предварительные) выводы из всех этих работ.
Равновесие спираль — клубок. Кривые «плавления» двойных спиралей зависят от длины цепи: наклон кривых увеличивается с длиной цепи. График зависимости обратной «температуры плавления» (температуры полу-перехода спираль-*статистический клубок) от l/(v—1) (v — число единиц, отвечающее максимальному числу пар оснований в двухцепочечной спиральной структуре) представляет собой прямую линию. Наклон этой прямой пропорционален 1/АЯ; отрезок, отсекаемый ею на.коор-
Д 5
динатной оси, дает 1 /Т^ — — величину, обратную
температуре плавления «бесконечно длинной» спирали. «Бесконечно» означает: длинную по сравнению с «кооперативной длиной», в которую входит около 30 пар оснований. Следовательно, Г» можно определить из опытов с длинными полинуклеотидами. Для того чтобы получить этот результат, необходимо ввести поправку на одноцепочечное стопочное взаимодействие, степень развития которого различна при разных температурах плавления (как можно определить из опытов с одноцепочечными полимерами). Когда длина цепи мала, можно считать, что переход от спирали к клубку происходит по закону «все или ничего». Пусть OiS — константа стабильности для каждой пары оснований, примыкающей к непрерывной последовательности (i—1) пар. Тогда, помня, что «параметр нуклеации» а; близок к единице, если i больше некоторого числа п — «длины нуклеации», можно написать выражение для константы равновесия перехода типа «все или ничего», в котором участвует v > п пар оснований:
ZCV = os4, а = 0!02 • • • а- (IV. 24)
Кинетические данные (см. ниже) показывают, что длина нуклеации п при комнатной температуре равна трем для АУ-спиралей и двум для ГЦ-спиралей при тем-
пературах выше 50°С. Это эквивалентно утверждению, что Оп приближается к единице для п ^ 3. Тогда кривые плавления показывают, что для п^З имеется постоянный (и отрицательный) инкремент АЯ3 и ASs, связанный с каждой парой оснований, причем
lns=-^r+Air- (IV-25)
Тот факт, что исправленная 1 /Тт пропорциональна l/(v—1), а не 1/v, показывает, что постоянный инкремент не имеет места для п^.3, что, в частности, параметр нуклеации обнаруживает температурную зависимость, противоположную таковой для s, так что as почти не зависит от температуры (AHas ~ 0). Хотя as не является константой стабильности для первой пары оснований (она равна спя), физическая интерпретация состоит в том, что существенная часть AHs происходит за счет стопочного взаимодействия (отметим относительно большой инкремент А Я, обусловленный стопочным взаимодействием, для каждой отдельной цепи), а не от образования водородных связей между комплементарными основаниями. Значение АН для первой пары оснований должно быть, таким образом, довольно мало. Эта пара очень нестабильна (ais<l) из-за конкуренции с молекулами растворителя (значения констант см. в табл. 13). Для более длинных цепей модель «все или ничего» неприменима. В этих случаях необходимо вычислить статистическую сумму системы с помощью вероятностных методов, что и было сделано Дж. Эпплкви-стом и В. Дамлом [90] для модели «криво застегнутой молнии» («staggering zipper»). Д. Пёршке [91] обработал экспериментальные данные в соответствии с этой моделью на ЭВМ.
Кинетика и механизм спаривания оснований. Пользуясь кинетическими данными, можно пролить свет на механизм кооперативного спаривания оснований. Для коротких спиралей однозначно подтверждается переход по типу «все или ничего». Релаксационный спектр состоит только из одной временной постоянной, которая относится к процессу второго порядка типа «все или ничего», т. е. к рекомбинации обеих (комплементарных)
цепей с образованием двойной спйрали, имеющей максимальное число пар оснований. Только в случае более длинных цепей наблюдается дополнительный спектр постоянных времени первого порядка (т <ЗС; 1 мкс), который отражает изменения в конформациях с разомкнутыми концами или в зигзагообразных («staggered») конформациях. Процесс второго порядка характеризуется большими скоростями рекомбинации, которые, однако, лежат ниже предела диффузионного контроля, указывая на порог нуклеации (&я:106— 107М-1с-1). Значения этих констант скорости почти одинаковы для . любой длины цепи больше трех (но меньше кооперативной длины). Они обнаруживают небольшую, но значимую зависимость от температуры, которая приводит к отрицательным кажущимся энергиям активации для АА-спиралей (pH ~ 4), АУ-спиралей (нейтральная область, 7’<50°С), а также для ГЦ-спиралей при более высокой температуре (Т > 50 °С).
