Особенности двойной спирали ДНК
Пространственная организация Acidum deoxyribonucleicum имеет ряд строгих биохимических закономерностей. Внешний остов спирали формируется дезоксирибозофосфатными остатками.
Внутренняя часть молекулы требует надежной стабилизации спирали. Азотистые основания в молекуле располагаются друг под другом, формируя структуру, напоминающую «стопку». Между этими основаниями возникают мощные гидрофобные взаимодействия, которые и удерживают конструкцию от распада.
Геометрические параметры молекулы очень стабильны: на каждый виток спирали приходится ровно 10 нуклеотидных пар. Кроме того, пространственная укладка цепей формирует на поверхности молекулы два характерных углубления — большую бороздку и малую бороздку.
Принцип комплементарности
Две цепи молекулы объединяются строго по правилу комплементарности, которое реализуется через водородные связи между азотистыми основаниями:
- Аденин (А) — Тимин (Т): между этими основаниями всегда образуются 2 водородные связи.
- Гуанин (G) — Цитозин (C): эта пара связана прочнее, так как между ними формируются 3 водородные связи.
Такая избирательность является фундаментом для всех процессов копирования и считывания генетической информации.
Третичная структура и хроматин
Чтобы огромная молекула поместилась внутри микроскопического клеточного ядра, формируется третичная структура ДНК. Она образуется за счет плотного взаимодействия нити ДНК со специальными белками. Главная цель этого процесса — суперспирализация и последующая компактизация (упаковка молекулы в хромосому).
Комплекс ДНК с белками называется хроматином. В период интерфазы (когда клетка находится в состоянии покоя) хроматин равномерно распределен по всему объему ядра.
В состав хроматина входят две основные группы белков:
- Гистоны — главные структурные белки, обеспечивающие упаковку.
- Негистоновые белки — выполняют прочие регуляторные и структурные функции.
Структура нуклеосом
Нуклеосома выступает базовой структурной единицей хроматина. Процесс наматывания ДНК на белки строго организован и включает несколько компонентов:
- Нуклеосомный кор (ядро): представляет собой белковый октамер. Он состоит из 8 молекул гистонов четырех различных видов. В это ядро входят по две молекулы гистонов H2A, H2B, H3 и H4.
- Укладка ДНК: двойная спираль наматывается на этот гистоновый кор, делая вокруг него примерно два витка.
- Связующие элементы: отдельные нуклеосомы объединяются в единую цепь с помощью линкерного участка ДНК (он соединяет соседние коры). С этой линкерной ДНК связывается особый гистон H1. Его функция заключается в том, чтобы обеспечить сближение нуклеосом друг с другом, тем самым принимая активное участие в компактизации хроматина.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие азотистые основания ДНК относятся к пуринам, а какие к пиримидинам?
Азотистые основания в молекуле ДНК разделяются на две группы: пуриновые и пиримидиновые. Эти соединения образуют пары по принципу комплементарности, соединяясь между собой водородными связями.
- Пуриновые основания — аденин (А) и гуанин (Г), которые являются общими для молекул ДНК и РНК.
- Пиримидиновые основания — тимин (Т) и цитозин (Ц).
Какие конкретно функции выполняют негистоновые белки хроматина?
Для негистоновых белков хроматина прямо указана роль на хромомерном уровне упаковки ДНК: хроматиновая фибрилла образует петли, которые крепятся к остову из негистоновых белков. Для белков хроматина в целом указано, что они обеспечивают «упаковку» ДНК и протекание внутриядерных процессов.
Запомнить связи просто: «А–Т» (Аденин-Тимин) — короткая пара, 2 связи. «G–C» (Гуанин-Цитозин) — округлые буквы, 3 связи.
Вопросы с занятий и экзамена
Какие силы стабилизируют двойную спираль ДНК?
Спираль стабилизируется за счет гидрофобных взаимодействий между азотистыми основаниями, которые расположены друг под другом («стопкой»).
В чем отличие гистона H1 от остальных гистонов?
Гистоны H2A, H2B, H3 и H4 образуют нуклеосомный кор (октамер), на который наматывается ДНК. Гистон H1 не входит в ядро, а связывается с линкерной ДНК, обеспечивая сближение нуклеосом.
Что такое хроматин и когда он равномерно распределен в ядре?
Хроматин — это комплекс ДНК с гистоновыми и негистоновыми белками. Он равномерно распределен по ядру в период клеточного покоя (интерфаза).
Что ещё разобрать по теме
- Механизм возникновения гидрофобных взаимодействий между азотистыми основаниями
- Функциональное значение большой и малой бороздок ДНК
- Роль негистоновых белков в структуре хроматина
- Процесс суперспирализации ДНК и ферменты, участвующие в нем
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Структура ДНК» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.