Цепи - двойная спираль
Cтраница 1
Цепи двойной спирали ДНК удерживаются вместе благодаря образованию водородных связей между основаниями в противоположных цепях. Когда аденин и тимин расположены друг против друга вдоль двойной цепи, между ними образуются прочные водородные связи, как показано на рис. 25.19. Аналогично гуанин и цитозин образуют прочные водородные связи при взаимодействии друг с другом. Вследствие этого две цепи, из которых состоит молекула ДНК, оказываются комплементарными ( взаимодополняющими) - против каждого аденинового основания одной цепи всегда находится тимин другой цепи, а против каждого гуанинового основания находится цитозин. Двойная спиральная структура ДНК, впервые предложенная Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком в 1953 г., сыграла ключевую роль в понимании синтеза белков в клетках, механизмов заражения клеток вирусными частицами, механизмов передачи наследственной информации при размножении клеток и многих других проблем, имеющих важнейшее значение в молекулярной биологии. Эти темы выходят за рамки настоящей книги. [2]
Поскольку две цепи двойной спирали ДНК структурно комплементарны, их нуклеотидные последовательности несут комплементарную друг по отношению к другу информацию. Уотсон и Крик постулировали, что репликация ДНК в ходе деления клеток начинается с разделения двух цепей, каждая из которых становится матрицей, определяющей нуклеотид-ную последовательность новой комплементарной цепи, образуемой с помощью репликативных ферментов. Была выска - зана мысль, что правильность репликации каждой из цепей ДНК должна обеспечиваться точным соответствием и стабильностью комплементарных пар оснований АТ и GC в двух дочерних дуплексах, каждый из которых содержит одну цепь родительской ДНК и новро цепь, комплементарную этой родительской цепи. Было постулировано также, что каждая вновь образованная дочерняя двойная спираль попадает в дочернюю клетку без каких-либо изменений. [3]
Двойная спираль ДНК ( разд. Две цепи двойной спирали ДНК являются комплементарными ( взаимодополняющими), так как расположение органических оснований вдоль двух цепей создает оптимальные условия для возникновения водородных связей. [4]
При этом происходит переход спираль - клубок ( стр. Зависимость температуры плавления различных ДНК от содержания в них Г Ц выражается прямой линией ( фиг. При температурах, превышающих температуру плавления примерно на 5, две цепи двойной спирали ДНК расходятся в результате броуновского движения. При быстром охлаждении такого раствора эти цепи остаются отделенными друг от друга ( фиг. [5]
 |
Водородные связи тимин - аденин и гуанин - цитозив. [6] |
Клетки живого организма постоянно делятся. Когда происходит деление клетки, необходимо точно воспроизвести молекулу ДНК. Этот процесс называется репликацией и, как полагают, происходит следующим образом. Две цепи двойной спирали начинают разделяться, и вдоль каждой из первоначальных цепей образуется новая цепь. Родительская цепь действует как шаблон ( матрица), по которому выстилаются нуклеоти-ды таким образом, чтобы комплементарные основания были всегда спарены. Таким образом, возникающая новая цепь комплементарна родительской цепи, и поэтому новая двойная спираль идентична оригинальной. [7]
Два пурина занимали бы слишком много места, а два пиримидина - слишком мало для того чтобы заполнить промежутки между двумя цепями. Вдоль оси молекулы соседние пары оснований располагаются на расстоянии 0 34 нм одна от другой, чем и объясняется обнаруженная на рентгенограммах периодичность. Никаких ограничений относительно последовательности нук-леотидов в одной цепи не существует, но в силу правила спаривания оснований эта последовательность в одной цепи определяет собой последовательность нуклеотидов в другой цепи. Поэтому мы говорим, что две цепи двойной спирали комплементарны друг другу. [8]
По модели Уотсона - Крика двум цепям двойной спирали присуща противоположная полярность ( стр. При этом считается, что каждая цепь может выполнять роль матрицы при формировании новой цепи, осуществляя точную репликацию, приводящую к образованию двух дочерних спиралей, идентичных друг другу и родительской ДНК. Результаты, полученные с помощью анализа ближайшего соседствования, подтверждают этот механизм. Соответствие остальных последовательностей зависит от того, обладают ли цепи двойной спирали одинаковой или противоположной полярностью ( фиг. [9]
Пиримидиновые и пуриновые основания располагаются на внутренней стороне спирали, а фосфатные группы - на внешней. В этой структурной форме две спиральные цепи удерживаются вместе, вследствие наличия пуриновых и пиримидиновых оснований, лежащих в плоскости, перпендикулярной длинной оси молекулы, и соединенных друг с другом водородными связями. На рис. 181 легко увидеть, что образование этих водородных связей весьма специфично, и только определенные пары оснований могут связываться и формировать тем самым спиральную структуру. Такими взаимодополняющими парами являются аденин - тимин и гуанин - цитозин, так что последовательность чередования этих остатков в одной цепи двойной спирали будет определять эту последовательность и в другой цепи. Такое строение позволяет объяснить, как воспроизводится в организме специфически построенная дезоксирибонуклеиновая кислота и как отсюда происходит передача наследственных признаков, что является одной из главных функций дезоксирибонуклеиновых кислот в клеточном ядре. [10]
Благодаря такому процессу из данной родительской клетки возникают две дочерние. Репликация становится возможной потому, что двухтяжевая родительская ДНК разделяется на отдельные нити, из которых каждая служит матрицей для синтеза новой спирали. Если бы две цепи были ковалентно связаны, энергия, необходимая для разделения цепей, была бы весьма значительной. Сохранение последовательности оснований в процессе репликации происходит благодаря высокой специфичности при образовании водородных связей между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями. Так что, например, аденин на одной цепи двойной спирали всегда будет находиться напротив и образовывать водородные связи с тимином во второй цепи. [11]
У бактерий, так же как и у высших организмов, носителем генетической информации служит ДНК. Рассматривая структуру клетки, мы уже говорили о том, что бактериальная ДНК представляет собой двойную спираль, замкнутую в кольцо. Сразу же возникает вопрос: как сохраняется наследственная информация при росте и размножении клеток. Перед их делением происходит идентичная редупликация, или репликация, генов. Этот процесс можно удовлетворительно объяснить, исходя из модели структуры ДНК, предложенной Уотсоном и Криком, и из механизма удвоения ДНК, теперь уже известного ( см. с. Две цепи двойной спирали ДНК комплементарны друг другу. На каждой цепи из структурных элементов ДНК-дезоксирибонукле-озидтрифосфатов-синтезируется новая цепь; при этом с каждым из оснований спаривается комплементарное ему основание, так что каждая из двух новых цепей опять-таки будет комплементарна родительской цепи. Обе новые двойные спирали состоят из одной родительской и одной вновь синтезированной цепи. Эта точная репликация ДНК гарантирует сохранение генетической информации. [12]
Страницы: 1