Конфликт пуринов (purine clash)
Изучение конформации ДНК экспериментальными методами привело к представлению о столкновении пуринов в двухнитевой ДНК, оно может иметь место между пуринами одной нити или разных нитей. Как известно, в двойной спирали пары оснований имеют ненулевой пропеллер, это улучшает стэкинг-взаимодействие оснований внутри цепи ( Levitt, 1978 ) и взаимодействие с сахаро-фосфатным остовом ( Zhurkin et al, 1978 ). Но это же приводит в определенных парах к тесному сближению больших пуриновых оснований в широком (RY) или узком желобке (Y-R). Существует, по крайней мере, 3 стратегии разрешения конфликта в разных ситуациях.
1) Стратегия Калладина ( Calladine, 1982 , Dickerson, 1983 ). Калладин предположил, что локальные возмущения в величинах спиральных углов ("twist" и "roll") по сравнению со средними значениями могут возникать для того, чтобы облегчить стерическое препятствие между пуринами находящимися диагонально в соседнях парах на противоположных нитях спирали (см. Рис 2 ). Для пары Y-R (Y-пиримидин, R-пурин) столкновение имеет место между пуринами в минорной бороздке, для R-Y пары - в широкой бороздке. Такое столкновение является следствием того, что двойные пуриновые кольца достаточно велики и выступают за центральную линию для каждой пары и их края оказываются сближены за счет значительного положительного угла пропеллера, что наблюдается для всех право-сторонних спиралей. Этот пропеллер улучшает перекрывание и стэкинг оснований. Правило Калладина заключается в том, для пары Y-R с целью преодоления столкновения пуринов происходит раскрытие оснований в узкую бороздку, пара R-Y раскрывается в широкую бороздку. Это правило объясняет вариации углов ("roll", "twist") во многих кристаллографических структурах. Однако при расширении диапазона изученных структур появились примеры, когда правило неспособно объяснить ситуацию. В частности, для структур G-G-G-G-C-C-C-C или C-C-A-A правило Калладина не работает, так как оно рассматривает ситуацию для Y-R пары, но не учитывает влияния R-R соседних пар и не рассматривает другие варианты разрешения стрессовых ситуаций.
2) Модель клиньев Трифонова и Дикмана. Если рассматривать A-A пару (пурины в одной и той же нити двойной спирали), то в большой бороздке возможно столкновение амино-групп аденина, что вызывает раскрытие "roll" угла в сторону большой бороздки и уменьшение угла "tilt" в сторону аденина в A-T паре. Аналогичного клинообразного раскрытия не наблюдается в случае GC пар, посколько меньше стерическое отталкивание, вызванное N6 карбонильными кислородами гуанина и потому что амины в минорной бороздке блокируют вращение.
3) Третья стратегия вполне уместна, когда в четверках типа ССAA возможна ситуация столкновения между пуринами как в одной, так и в разных нитях одновременно ( Dickerson, 1988 ). Разрешение стрессовой ситуации заключается в том, что происходит растягивание сахаро-фосфатной цепи до максимальной степени, что позволяет основаниям удаляться друг от друга ( Prive et al, 1991 ). Такая B конформация ассоциируется с более высоким средним углом вращения ("twist") и плоскости оснований при этом раздвигаются.
В совокупности все 3 взаимодополняющие стратегии имеют дело с пространственным стрессом в двойной спирали и зависят прежде всего от последовательности. Этот язык, зависящий от структуры, является дополнением к кодон-зависимому языку. Если кодон-зависимый язык используется для кодирования, то структурно-зависимый язык используется для контроля (регуляции).
