Основания нуклеиновых кислот: комплементарность
Полинуклеотидные цепи в двойной спирали удерживаются вместе в результате комплементарного спаривания оснований (Рис. Схема водородных связей в РНК(ДНК)). Основания образуют комплексы, стабилизируемые водородными связями. Множество таких комплексов обнаружено при кристаллографических исследованиях как изолированных оснований, нуклеозидов и нуклеотидов , так и комплексов, составленных из двух или более соединений этого типа ( Voet D. and Rich A., 1970 ).
Если предположить, что стабильная пара оснований должна содержать как минимум две водородные связи , N-H...O и N-H...N, то четыре основания, замещенные по гликозидному азоту (N1 в пиримидинах и N9 в пуринах), могут образовывать 28 различных пар ( Donohue J. and Trueblood K.N., 1960 , Donohue J., 1956 ). Среди этих 28 пар имеются пары, не обладающие никакой симметрией, а также пары, гликозидные связи C1'--N которых связаны осями симметрии второго порядка, которые располагаются в плоскости, перпендикулярной плоскости оснований, или в плоскости оснований. При этом в гомопуриновых и в гомопиримидиновых парах оснований ось симметрии второго порядка в точности переводит одно основание в другое. В симметричных гетеропуриновых и гетеропиримидиновых парах, а также в уотсон-криковских пурин-пиримидиновых парах ось симметрии связывает только гликозидные связи C1'--N, но не основания в целом, и поэтому называется псевдоосью симметрии .
При совместной кристаллизации мономерных производных аденина и урацила наблюдается образование пар А - U, но они никогда не являются уотсон-криковскими. Обнаруженная схема спаривания в комплексе 9-этиладенина и 1-метилтимина носит название хугстиновской , по имени открывшего ее в 1963 г. К.Хугстина ( Hoogsteen K., 1963 ).
При исследовании G - C пар в кристаллах наблюдается только уотсон-криковское спаривание, что, вероятно, обусловлено наличием трех водородных связей в этой структуре.
Схематичное изображение уотсон-криковских пар оснований дано на Рис. Схема водородных связей в РНК(ДНК) .
Связи С1'-N(гликозидные связи) каждой цепи и соответствующие сахарофосфатные остовы, находящиеся в антипараллельной ориентации, связаны псевдоосью симметрии 2-го порядка. Такая же псевдосимметрия характерна для двухцепочечных ДНК и РНК .
Обычно центр пар не совпадает с осью спирали, а смещен от нее на некоторое расстояние D (см. Рис. Геометрия связанных пар ). Кроме того, плоскость пар не строго перпендикулярна оси. Ее отклонение от перпендикулярного положения определяется двумя углами - углом наклона (tilt) и углом крена (roll) пары. Спаренные основания не обязятельно компланарны. Они могут быть повернуты друг относительно друга (вокруг длинной оси пары, проходящей через С6-атом пиримидина и С8-атом пурина) на угол пропеллера (propeller), который равен двугранному углу между нормалями к плоскостям оснований ( Зенгер В., 1987 ).
Молекулы двухцепочечных РНК и ДНК имеют характерные желобки .
