Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
СТРУКТУРА БВЛКА ОБЫЧНО НЕРЕГУЛЯРНА
В случае белков «спор» между боковыми гр>ипами и группами остовт разрешается обычно в пользу боковых групп, так что большинство аминокислот, входящих в молекулу белка, не участвует в образовании регулярной спирали (более подробно об этом см. в гл 0). Это объясняется тем, что почти половина боковых грунн имеет неполярный характер и может контактировать с водой, лишь поглощая большое количество свободной энергии. Поначалу такое заключение оказалось для многих химиков неожиданностью. Эти исследователи исходили из того, что группы остова образуют прочные водородные связи, тогда как пенолнрные боковые группы могут образовать лишь более слабые вандерваачьсовы связи. Однако нх рас-су-едения были ошибочными, ибо они ие учитывали с одной стороны, возмоншости образования межмолекуляриых водородных связей между полярными гр \ ппалтн остова и водой, а с другой стороны, не менее важное обстоятельство, состоищее в том, что для внедрения пеполярпых боковых грунп в решетку структурированной воды необхо дима затрата значительного количества свободной энергии.
Из сказанного следует любопытный вывод, что в водных растворах макромолекулы, содержащие большое число неполярных боковых групп, будут более стабильпыми, нежели молекулы, содержащие главным образом нолярпые группы. Если разрушить полярную молекулу, стабилизированную большим числом внутримолекулярных водородных связей то уменьшение свободной энершн системы оказывается обычно небольшим, так как нолярные группы после разрушепия молекулы могут образовать водородные связи с молекулами воды. В противоположность этому при разрушении молекул, имеющих много иеполяриьт\ грунп, уменьшение свободной энергии системы бывает обычно значительно большим, так как в этом случае разрушение структуры молекулы с неизбежностью приводит к впедреншо неполярных боковых групп в решетку воды
ДНК МОЖРТ ОБРАЗОВАТЬ РЕГУЛЯРНУЮ СПИРАЛЬ
На первый взгляд может показаться, что ДНК способна к образовпнию регулярной сниралн еще в меньшей степени, нежели нерегулярная поли-пептидная цель. Ведь последовательность осяовании в ДНК нерегулярна,
Рис. 4 14 Пары азотистых оснований ДНК, соединенных водородными связями Аденин всегда связан с тимином двумя водородными связями, a гуаыии с цитозином — тремя Благодаря тому что меньшее по величине основание (пиримидип) всегда спаривается
с большим (пурциоы), углеводно-фосфатные остовы цепей могут иметь одинаковые конфигурации. Все указанные водородные связи являются прочными связями, поскольку в каждой из них атом водорода лежит иа одной прямой с донорным и акцепторным атомами.
и, кроме того, сами основания имеют гидрофобный характер. Пурины (аденип и гуаиин) и пирнмидины (тнмин и цитозин), хотя они и содержат полярные группы (С- О и NH2), почти совершеппо нерастворимы в воде, так как плоская структура делает их полностью гидрофобными.
Одиако вопреки всем этим соображениям молекулы ДНК имеют, как правило рогулярную спиральную конфигурацию Это объясняется тем, что молекулы ДНК состоят обычно нз двух комплементарных полинуклео-тидных цепей (более подробно об этом см в гл. 9). Внутримолекулярные и межмо.текулярные вторичные связи стабилизируют структуру такой молекулы. Две цепи удерживаются вместе благодаря водородным связям менаду комплементарными пуринами н пнрпмидинами (образующими пары основании; рис. 4-14). Аминогруппа аденпна всегда связана водородными
Рис- -4-15 Разрыв концевых водородных связей в ДНК при хаотическом тепловом движения
Вероятность немедленного восстановления рааорванных связей очень велика, поскольку внутренние водородные связи продолжают удерживать обе цепи вместе. Показана также значительно более редко реализующаяся возможность — разрыв остальных водородных свяэейри расхождение цепей-
связями с кетогруппой тимина, а кетогруппа гуанина — с аминогруппой цитозина. Кроме того, практически все расположенные на поверхности атомы сахара и фосфатной группы образуют водородные связи с водой.
Пары оснований располагаются во внутренней части молекулы ДНК. Благодаря такому расположению плоские молекулы оснований лежат одна над другой, как монеты в стопке, что уменьшает возможность контакта с молекулами воды. Для одиночной полннуклеотидной цепи такое строение было бы гораздо менее выгодным. Одиночная цепь не могла бы иметь регулярного остова, так как молекулы пиримидинов меньше молекул пуринов, и, зпачит, угол поворота спирали был бы неодинаковым в разных участках цепи. Соединение оснований в пары в двухцепочечной ДИК делает регулярную структуру возможной, так как все пары основании имеют один и тот зке размер.
ДНК УСТОЙЧИВА ПРИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Очень большая устойчивость двухцепочечной ДНК при физиологических температурах объясняется двумя причинами. Во-первых, разрушение двойной спирали приводит к распаду регулярных водородных связей и к возникновению контакта между гидрофобными основаниями и водой. Во-вторых, индивидуальные молекулы ДНК имеют очень большое число слабых связей, организованных таким образом, что их разрушение представляет собой кооперативный процесс. Хотя тепловое движение постоянно разрушает водородные связи на копцах молекулы ДНК, цепи обычно не расходятся, так как водородные связи в середине спирали еще сохраняются (рис. 4-15). Разрушенная связь чаще всего тут же снова восстанавливается. Иногда, разумеется, вслед за первой связью разрывается вторая и т. д., но такие множественные разрывы исключительно редки, и если двойная спираль стабилизируется более чем десятью нуклеотид-
