CHIMIA ȘI STRUCTURA ADN
CHIMIA ȘI STRUCTURA ADN
Moleculele de ADN sunt macromolecule lineare sunt catene duble (catene) polimeri lungi formate din monomeri, numite nucleotide (de molecule organice mici), și construiesc blocuri de ADN.
Toate creaturile macromolecule de ADN care trăiesc sunt construite pe același plan. Ele sunt compuse în principal din aceleași nucleotide, fiecare dintre ele conținând o moleculă de acid fosforic și zahăr, și una dintre cele patru baze azotate - adenina, guanina, citozina sau timina. Adenină și guanină sunt bază purinică, în timp ce citozină și timină - pirimidină. Purine si baze pirimidinelor numit pentru motivul că în mediu acid, ele sunt capabile de a se atașa la ioni H +. Pirimidine sunt derivați ai ciclului pirimidinic cu șase atomi, în timp ce reprezintă bazele purine, din care al doilea inel cu cinci atomi condensat cu un inel cu șase membri (forma. 4).
zahăr ADN-ul este de 2-deoxi-D-riboza, glucoza caracterizată prin faptul că nu 6 și 5 atomi de carbon în molecula sa, adică. E. Este un zahăr cu cinci carbon (pentoză). Particularitatea acestui zahăr constă, de asemenea, prin aceea că acesta are un atom de hidrogen (H), conectat la un (specific) de atomi de carbon, dar nu este o grupare hidroxil. În consecință, zahărul este un deoxiriboză, un riboză deoarece lipsit de oxigen.
Saharofosfat conectat la baza azotată prin legarea-β glicozidică. Baza este atașată la poziția I a deoxiriboză. Structura formată dintr-un compus de azot este un motiv pentru zahărul și se numește nucleozidic. Astfel, grupările chimice care formează ADN-ul, sunt bazele purinice și pirimidinice azotate (adenină, guanină, timină și citozină), zahăr (2-deoxi-D-riboză), și acid fosforic.
ARN-ul este caracterizat prin aceeași structură ca și ADN-ul. Cu toate acestea, spre deosebire de ADN în ARN zaharul este riboza cu oxigenul, care este un zahar cu 5 atomi de carbon, dintre care una este atașată gruparea 2'-hidroxil (-OH). In plus, ARN-ul nu este timina grupări metil și este uracil, t. Timina E. ARN substituit de uracil, care este, de asemenea, o bază pirimidinică (formulare. 5, 6).
Acizii nucleici menționat acizi pentru motivul că grupările fosfat de ioni de hidrogen liberi în soluție.
Pentru compoziția modelelor caracteristice ADN-ului, cunoscut sub numele de reguli A. Chargaff, și anume:
1. Suma de nucleotide care conțin purine bază azotată este suma de nucleotide conținând baze azotate pirimidină (T = A + T + C sau A + G / T + C = 1).
4. ADN din diferite surse pot avea diferențe în unele cazuri, din cauza predominanței adenină cu guanină și timină peste citozina (A + T> G + C), iar în altele - o preponderență a guanina și adenina citozină și timină (T + C> A + T).
Datele privind compoziția nucleotidică a bazelor ADN ale diferitelor organisme sunt prezentate în tabelul. 7.
Structura ADN este caracterizată prin trei tipuri - primare, secundare și terțiare.
Tabelul 7. Compoziția de nucleotide a bazelor ADN
Structura primară a ADN-ului este de ADN care constă din lanțuri de nucleotide, al căror cadru scheletic cuprind grupe zahăr și fosfat combinate covalent 31-, legături fosfodiesterice 51-scheletice și grupări pendante reprezentate de una sau alta baza (unul din patru) și alternativ unul conectat la cealaltă moleculă de zahăr. decantare Succesiv nucleotide legate covalent legături fosfodiesterice între fragmentul de zahăr și fosfat, și, ca urmare, sunt combinate într-un lanț de polinucleotide. Astfel, structura primară a ADN-ului (și ARN) a determinat secvența de nucleotide și natura legăturilor lor între fragmentul de zahăr și fosfat (Fig. 33, 34).
(. Figura 35 și 36) Reprezentări ale structurii secundare a ADN-ului au fost formulate D. Watson și Crick în 1953 are, pe baza X-difracție a ADN-ului structurii bazei de date și regulile A. Chargaff aceste reprezentări sunt după cum urmează:
Molecula de ADN construit din două lanțuri drepte răsucite polinucleotidice elicoidale, în care fiecare turn în spirală corespunde cu 10 de azot bazic sau distanța de 3,4 nm. Molecule de lanturi ADN sunt răsucite spre dreapta, a fost inițial numit B-formă.
Ambele circuite sunt combinate într-un singur circuit, prin răsucire în jurul celeilalte pe o axă comună. .. Datorită secvenței opuse atomilor din cele două lanțuri din fiecare lanț sunt inversate în raport cu celălalt, și anume direcția de-a lungul duplex este 3 „- 5“ pentru o catenă și 5 „- 3“ pentru celălalt.
Grupurile de zahăr sunt situate pe partea exterioară a dublului helix, în timp ce baza sunt situate în interiorul spirala la unghiuri drepte și de-a lungul axei sale. Diametrul molecular este de 2 nm, distanța dintre bazele azotate otdalnymi în moleculă sunt de 0,34 nm. Astfel, ADN-ul este răsucit în direcția dreapta a dublului helix în care o pereche de baze azotate A-T și G-C la lanțuri polinucleotidice complementare stinghii ladder similare, și lanțurile de zahar sunt cadrului scării.
4. Lanțuri în moleculă nu sunt identice, dar complementară și menținut prin legături de hidrogen slabe între bazele azotate, baze azotate și împerechere pentru lanțuri de legare are specific. legături de hidrogen se stabilesc nu numai între lanțurile de baze azotate, în special între un circuit audio bază azotată purinică și pirimidinică bază azotată altele. Ca urmare, unul dintre adenina lanțuri se leagă de timină alt lanț prin două legături de hidrogen, în timp ce guanina un fir se leagă la citozină situată în alt circuit prin trei legături de hidrogen.
Fig. 33. Structura formulei ADN
Fig. 34. ARN formula structurală
Reziduuri deoxiriboz perechi A-T și G-C sunt separate prin aceleași distanțe. Pentru legăturile schelet cu zahăr fosfat caracterizate polaritate ca grupare fosfat leagă o 3'-OH a grupării dezoxiriboză la 5'-OH altul, în timp ce catene complementare au polaritate opusă.
Fig. 35. Structura secundară a ADN-ului: 1 - în formă; 2 - A-formă; 3 - formă de Z; 4 - mărimea moleculelor
Fig. 36. Modelul spațial al ADN-ului nuclear
Dublu helix este ordonată, deoarece fiecare legătură de bază de zahăr are aceeași distanță față de axa centrală și transformat de 36. După cum se poate observa, structura secundară reflectă o formă de acid nucleic.
Studiile de difracție cu raze X a ADN-ului a arătat că numărul de baze într-un drept turbionară se transformă în spirală poate fi nu numai 10 ca în B-formă, dar, de asemenea, 11 și baza și 9.3. Aceste helices formulare sunt numite forme A și C. De asemenea, sa constatat că moleculele de ADN sunt zone în care lanțurile sunt răsucite spre stânga găsite. Aceste zone sunt numite Z-forme. Diferențele dintre A-, B-, C- și Z formele sunt prezentate în tabelul. 8, cu toate acestea, gradul de regularitate și conformația Z-forma nu este încă clar.
Tabelul 8. Proprietățile diferitelor forme conformaționale ale ADN-ului
DNA superskruchivaniya Gradul depinde de enzime, în special prin echilibru dinamic între vzaimoantagonisticheskimi girazei ADN-enzimă, care este responsabil pentru superskruchivanie și un ADN topoizomeraza I, care elimină superskruchivanie.
Structura terțiară a ADN-ului este asociat cu o configurație tridimensională spațială a moleculelor ea depinde de intramoleculară Condiția Vij. Cu toate acestea, această structură nu a fost încă suficient studiată.
Dimensiunile moleculelor de ADN stabilite în mod tipic definiția de greutate moleculară în daltoni, iar lungimea în număr de perechi de baze. Greutatea moleculară a perechilor A-T este de 617 daltoni, o pereche de T-C - 618 daltoni. Masă moleculară de 1000 de perechi de baze (kilobasa 1) este 617,500 daltoni sau 6,175-105 / 6,02-1020 r = 1,026, r = Ni6 1,026-10-6 picograme (pg) = 1 pg ADN 9,75- = 105 kilobasov kilobasov 0,975-106.
Preparatele ADN eliberate din celule prin metode convenționale, au o greutate moleculară de aproximativ 1,0-107. Lungimea ADN axa B-formă bobina este de 3,4 nm. Distanța între perechile de baze în ADN-ul în E. coli formele este de 0,34 nm.
Caracteristici structura ADN folosesc, de asemenea, astfel de constante fizice ca centrifugarea sau cu gradient de densitate de metale grele și temperatura de topire. Prima constantă reflectă polidispersitatea preparatelor ADN-ului, în timp ce al doilea - eterogenitatea lor. Încălzirea în ADN-ul soluție rupe legăturile de hidrogen dintre bazele în perechi și perturbă structura secundară a ADN-ului, adică. E. Provoacă topirea ADN. Soluția 0,1 M NaCl topire are loc la 95 ° C.
Topire a ADN-ului este Denaturarea acestuia. Cu toate acestea, proprietatea remarcabilă a ADN denaturat este că acesta este capabil de renaturare in vitro, adică. E. Se poate recupera o structură dublu catenară, în care renaturare este foarte precis. Cele două lanțuri pot renatureze ADN denaturat dublu helicoidal formă naturală în spirală, atunci când secvențele lor sunt complementare sau, cu alte cuvinte, în cazul în care secvența de lanț permite formarea de perechi de baze, legate prin legături de hidrogen. Renaturare poate fi estimată și ca hibridizare
În același timp, capacitatea secvențelor auto-complementare pentru a hibridiza și formează o spirală dublu catenar inerent ADN-ul nu numai, ci și ARN. Ca urmare a acestei in vitro, poate fi proiectat structura dublu catenară hibrid de ARN-ARN sau ARN-ADN. Capacitatea acizilor nucleici la renaturare are o valoare în studiul specificității secvențelor individuale, precum și în taxonomia.
În funcție de localizarea ADN-ului într-o celulă se disting nuclear (cromozomic) și ekstrayadernye (extracromozomiali) determinanți ai ereditate. Mai mult, transpus cunoscută elemente genetice (secvențe de inserție, transpozoni, etc.).