Базовая пара Hoogsteen - Hoogsteen base pair

Химические структуры пар оснований Watson-Crick и Hoogsteen A • T и G • C +. Геометрия Хугстина может быть достигнута путем вращения пурина вокруг гликозидной связи (χ) и переворачивания оснований (θ), воздействуя одновременно на C8 и C1 '(желтый).[1]

А Базовая пара Hoogsteen является разновидностью спаривания оснований в нуклеиновые кислоты например, пара A • T. Таким образом, два азотистые основания, по одному на каждой нити, могут скрепляться водородные связи в большой канавке. Хугстин базовая пара применяет позицию N7 пурин база (как водородная связь акцептора) и аминогруппы C6 (в качестве донора), которые связывают поверхность Watson-Crick (N3 – C4) пиримидин основание.

История

Десять лет спустя Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали свою модель двойной спирали ДНК,[2] Карст Хугстин сообщил [3] кристаллическая структура комплекса, в котором аналоги А и Т образуют пару оснований, имеющую геометрию, отличную от описанной Уотсоном и Криком. Аналогично, для пар G • C может иметь место альтернативная геометрия спаривания оснований. Хугстин указал, что если бы в ДНК присутствовали альтернативные модели водородных связей, то двойная спираль должна была бы принять совершенно другую форму. Hoogsteen пар оснований наблюдаются в альтернативных структурах, таких как четырехцепочечный G-квадруплекс структуры, образующиеся в ДНК и РНК.

Химические свойства

Пары Хугстина обладают совершенно разными свойствами от Пары оснований Уотсона-Крика. Угол между двумя гликозидными связями (примерно 80 ° в паре A • T) больше, а расстояние C1' – C1 '(примерно 860 пм или 8,6 Å) меньше, чем в обычной геометрии. В некоторых случаях называется обратная пара оснований Хугстинаs, одно основание повернуто на 180 ° относительно другого.

В некоторых последовательностях ДНК, особенно в динуклеотидах СА и ТА, пары оснований Хугстина существуют как временные объекты, которые находятся в тепловом равновесии со стандартными парами оснований Уотсона-Крика. Обнаружение переходных частиц потребовало использования методов ЯМР, которые только недавно были применены к макромолекулам.[1]

Hoogsteen пары оснований наблюдались в комплексах белок-ДНК.[4] Некоторые белки эволюционировали, чтобы распознавать только один тип пары оснований и использовать межмолекулярные взаимодействия, чтобы сдвинуть равновесие между двумя геометриями.

ДНК имеет множество функций, которые позволяют белкам узнавать ее последовательность, специфичную для ее последовательности. Первоначально предполагалось, что это распознавание в первую очередь связано со специфическими взаимодействиями водородных связей между боковыми цепями аминокислот и основаниями. Но вскоре стало ясно, что не существует идентифицируемого однозначного соответствия, то есть не существует простого кода для чтения. Отчасти проблема заключается в том, что ДНК может претерпевать конформационные изменения, искажающие классическую двойную спираль. Результирующие вариации изменяют представление оснований ДНК молекулам белков и, таким образом, влияют на механизм распознавания.

Поскольку искажения двойной спирали сами по себе зависят от последовательности оснований, белки способны распознавать ДНК аналогично тому, как они распознают другие белки и небольшие молекулы лиганда, то есть через геометрическую форму (вместо определенной последовательности). Например, удлинение оснований A и T может привести к сужению малой бороздки ДНК (более узкой из двух бороздок в двойной спирали), что приводит к усилению локальных отрицательных электростатических потенциалов, которые, в свою очередь, создают сайты связывания для положительно заряженных амино-аргининов. кислотные остатки на белке.

Триплексные конструкции

Базовые триады в структуре тройной спирали ДНК.

Это соединение оснований, отличное от Watson-Crick, позволяет третьим нитям наматывать дуплексы, которые собираются в Паттерн Уотсона-Крика, и форма трехцепочечные спирали такие как (poly (dA) • 2poly (dT)) и (poly (rG) • 2poly (rC)).[5] Это также можно увидеть в трехмерных структурах переносить РНК, как T54 • A58 и U8 • A14.[6][7]

Квадруплексные конструкции

Пары Хугстина также позволяют формировать вторичные структуры одноцепочечной ДНК и G-богатой РНК, называемые G-квадруплексы (G4-ДНК и G4-РНК). Существуют доказательства образования G4 как in vitro, так и in vivo. Было высказано предположение, что геномные G4 регулируют транскрипцию генов и на уровне РНК ингибируют синтез белка посредством стерического подавления функции рибосом. Для этого нужны четыре тройки G, разделенные короткими прокладками. Это позволяет собирать плоские квартеты, которые состоят из сложенных ассоциаций молекул гуанина, связанных Хугстином.[8]

Спаривание оснований тройной спирали

Пары оснований Watson-Crick обозначаются знаком «•», «-» или «». (пример: A • T или поли (rC) • 2poly (rC)).

Hoogsteen трехцепочечная ДНК пары оснований обозначаются знаком «*» или «:» (пример: C • G * C +, T • A * T, C • G * G или T • A * A).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Евгения Н. Николова; Юна Ким; Эбигейл А. Уайз; Патрик Дж. О'Брайен; Иоан Андричиоаи; Хашим М. Аль-Хашими (2011). «Переходные пары оснований Хугстина в канонической дуплексной ДНК». Природа. 470 (7335): 498–502. Bibcode:2011Натура.470..498Н. Дои:10.1038 / природа09775. ЧВК  3074620. PMID  21270796.
  2. ^ Уотсон Дж. Д., Крик Ф. Х. (1953). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура нуклеиновой кислоты дезоксирибозы». Природа. 171 (4356): 737–738. Bibcode:1953 г., природа. 171..737 Вт. Дои:10.1038 / 171737a0. PMID  13054692. S2CID  4253007.
  3. ^ Хугстин К. (1963). «Кристаллическая и молекулярная структура комплекса с водородными связями между 1-метилтимином и 9-метиладенином». Acta Crystallographica. 16 (9): 907–916. Дои:10.1107 / S0365110X63002437.
  4. ^ Джун Айшима, Россица К. Гитти, Джойс Э. Ноа, Хин Харк Ган, Тамар Шлик, Синтия Вольбергер (2002). «Пара оснований Хугстина, встроенная в неискаженную B-ДНК». Нуклеиновые кислоты Res. 30 (23): 5244–5252. Дои:10.1093 / нар / gkf661. ЧВК  137974. PMID  12466549.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ Ким, СК; Такахаши, М; Норден, Б. (17 октября 1995 г.). «Связывание RecA с антипараллельной поли (dA) .2poly (dT) тройной спиралью ДНК». Biochimica et Biophysica Acta. 1264 (1): 129–33. Дои:10.1016/0167-4781(95)00137-6. PMID  7578246.
  6. ^ Загрядская Е.И.; Дойон, Франция; Стейнберг, SV (15 июля 2003 г.). «Важность обратной пары оснований Хугстина 54-58 для функции тРНК». Исследования нуклеиновых кислот. 31 (14): 3946–53. Дои:10.1093 / нар / gkg448. ЧВК  165963. PMID  12853610.
  7. ^ Вестхоф, Эрик; Аффингер, Паскаль (9 сентября 2005 г.). «Структура РНК переноса» (PDF). Энциклопедия наук о жизни. Природа Паб. Группа. ISBN  9780470015902. Получено 28 марта 2019.
  8. ^ Джонсон Дж. Э., Смит Дж. С., Козак М. Л., Джонсон Ф. Б. (2008). "In vivo veritas: Использование дрожжей для исследования биологических функций G-квадруплексов ». Биохимия. 90 (8): 1250–1263. Дои:10.1016 / j.biochi.2008.02.013. ЧВК  2585026. PMID  18331848.