Базовая пара Хугстина - 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).

Пар оснований Хугстена является разновидностью спаривания оснований в нуклеиновых кислотах , такие как пары А • Т. Таким образом, два азотистых основания , по одному на каждой цепи, могут удерживаться вместе водородными связями в большой бороздке. Пара оснований Хугстина применяет положение N7 пуринового основания (как акцептор водородной связи ) и аминогруппу C6 (как донор), которые связывают грань Уотсона-Крика (N3-C4) пиримидинового основания.

История

Через десять лет после того, как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали свою модель двойной спирали ДНК, Карст Хугстин сообщил о кристаллической структуре комплекса, в котором аналоги А и Т образуют пару оснований, геометрия которой отличается 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 образцы водородных связей, то двойная спираль должна была бы принять совершенно другую форму. Хугстин пары оснований наблюдаются в альтернативных структурах, таких как четырехцепочечные G-квадруплексные структуры, которые образуются в ДНК и РНК.

Химические свойства

Пары Хугстина обладают совершенно разными свойствами от пар 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, называемых обращенными парами оснований Хугстина , одно основание поворачивается на 180 ° относительно другого.

В некоторых последовательностях ДНК, особенно в динуклеотидах СА и ТА, пары оснований Хугстина существуют как временные сущности, 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.

В комплексах белок-ДНК наблюдались пары оснований Хугстина. 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 приведет к увеличению 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 не по принципу Уотсона – Крика позволяет третьим нитям наматывать дуплексы, которые собраны по схеме Уотсона – Крика , и образовывать трехцепочечные спирали, такие как (poly (dA) • 2poly (dT)) и ( поли (rG) • 2poly (rC)). Это также можно увидеть в трехмерных структурах транспортной РНК , таких как T54 • A58 и U8 • A14.

Спаривание оснований тройной спирали

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

Пары оснований трехцепочечной ДНК Hoogsteen обозначены знаком «*» или «:» (пример: C • G * C +, T • A * T, C • G * G или T • A * A).

Квадруплексные конструкции

Пары Хугстина также позволяют формировать вторичные структуры одноцепочечной ДНК и G-богатой РНК, называемые G-квадруплексами (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 ингибирования функции рибосом. Для этого нужны четыре тройки буквы G, разделенные короткими прокладками. Это позволяет собирать плоские квартеты, которые состоят из сложенных ассоциаций молекул гуанина, связанных Хугстином.

Смотрите также

использованная литература