Полинуклеотидная цепь: структура
Нуклеотиды , соединяясь друг с другом 3',5'-фосфорнодиэфирной связью, образуют олигонуклеотиды (длина от 2 до 12 пар оснований) и полинуклеотиды. Линейная полимерная цепочка ДНК ( РНК ) представляет собой сахаро-фосфатный остов, к которому "привешены" основания с помощью гликозидной связи. Две такие цепочки образуют за счет спаривания комплементарных оснований ( Рис. ДНК ) как бы "лестницу", поручнями которой являются антипараллельные сахаро- фосфатные цепи, а перекладинами - пары оснований. Такая "лестница" закручивается в правую двойную спираль, пары оснований образуют стопку в центре спирали (см. ДНК и РНК ).
Конформация полинуклеотидной цепи определяется набором торсионных углов (или углов вращения группы атомов относительно связи) сахарофосфатного остова. Система нумерации атомов и определение торсионных углов для полинуклеотидной цепи даны на Рис. Полинуклеотидная цепь .
Вращение вокруг N-гликозидной связи :
Син/анти-конформации
( Рис. Анти- и син-конформации пурина и пиримидина ).
В зависимости от взаимной ориентации основания и сахарного кольца (т.е. от величины угла вращения вокруг N-гликозидной связи) в нуклеозидах различаются две основные конформации - син и анти. Они определяются торсионным углом:
О4'- С1'- N9 - С4 Пурины
О4'- С1'- N1 - С2 Пиримидины
В анти-конформации шестичленное кольцо пурина и атом О2 пиримидина направлены от сахара, тогда как в син-конформации они нависают над кольцом либо направлены в его сторону.
Пиримидиновые нуклеозиды, как правило, находятся в анти-ориентации относительно гликозидной связи с С3'-эндо- конформацией рибозы и С2'-эндо- конформацией дезоксирибозы ( Sundaralingam M., 1973 ). (О конформациях сахара смотри раздел Нуклеозиды ).
В случае пуриновых нуклеозидов анти- и син-конформации встречаются одинаково часто, если сахар пребывает в С2'-эндо- конформации. В случае конформации сахара С3'-эндо, равновесие сдвигается в сторону анти ( de Leeuw H.P.M. ea, 1980 ).
В растворе между син- и анти-конформациями наблюдается быстрый равновесный переход. Син-конформация стабилизируется взаимодействием О5'-H...N3(пурины) и О5'-Н...О2(пиримидины), а также наличием объемных заместителей при атомах С8 (в пуринах) и С6 (в пиримидинах).
Вращение относительно связи С4'-C5'.
Вращение вокруг экзоциклической связи С4'-С5'в нуклеотидах и нуклеиновых кислотах играет решающую роль в расположении 5'- фосфатной группы относительно сахара и основания. Вращаясь вокруг связи С4'-С5', атом О5' по-разному ориентируется относительно фуранозного кольца. Реально это вращение приводит к трем конформациям, которые принято описывать двумя торсионными углами:
Фoo (О5'-С5'-С4'-О4') и Фoc (О5'-С5'-С4'-С3') ( Shefter E. and Trueblood K.N., 1965 ), либо угловыми интервалами (+) или (-) (гош или транс) (см. Таблицу I).
Таблица I.. Разные обозначения интервалов значений торсионного угла относительно экзоциклической связи C4'-C5'.
| обозначения ориентаций относительно IUPAC-IUB связи C4'-C5' | ||||
|---|---|---|---|---|
| Принятое | Другие | |||
| +ск | гош, гош; | (+)гош; | гг; | (+)г |
| -ск | транс, гош; | транс; | тг; | т |
| an | гош, транс; | (-)гош; | гт; | (-)г |
Если угол вращения Фос лежит в +ск-области, основание и атом O5' располагаются над сахарным фрагментом, а в -ск - или an-областях они направлены от сахарного фрагмента.
Вращение относительно эфирных связей С-О и Р-О.
Вращение вокруг связей С-О и Р-О заторможено. Ориентация фосфатных групп относительно связей С-О такова, что для С5'-O5'- связи торсионный угол лежит в области an, а для связи С3'-О3' соответствующий торсионный угол немного смещается в сторону больших углов (220 град.), в область -ск. Из-за гош-эффекта торсионные углы, определяющие ориентацию относительно эфирных связей Р-О5' и О3'-Р (см. Рис. Полинуклеотидная цепь ) лежат в основном в областях +ск и -ск. В одноцепочечных полинуклеотидах ориентация относительно связей Р-О такова, что указанные выше углы лежат строго в областях -ск либо an/-ск или в области - ск/an, а в спиральных структурах со спаренными основаниями оба эти угла лежат только в области -ск.
Конформационные изменения в спиральных полинуклеотидах сопряжены с согласованными изменениями всех торсионных углов ( Shakked Z. and Kennard O., 1983 ).
