Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Хугстиндік негіз жұбы – нуклеин қышқылдарындағы негіз жұптасуының бір түрі, мысалы А•Т жұбы сияқты. Бұл жағдайда, екі нуклеобаза, әрбір тізбекте біреуі, негізгі ойықтағы сутекті байланыстар арқылы бірге ұсталуы мүмкін. Хугстиндік негіз жұбы пуриндік негіздің N7 позициясын (сутекті байланыс қабылдағышы ретінде) және пиримидиндік негіздің Ватсон-Крик (N3–C4) бетін байланыстыратын C6 амино тобын (донор ретінде) пайдаланады.
A Hoogsteen base pair is a variation of base pairing in nucleic acids such as the A•T pair. In this manner, two nucleobases, one on each strand, can be held together by hydrogen bonds in the major groove. A Hoogsteen base pair applies the N7 position of the purine base (as a hydrogen bond acceptor) and C6 amino group (as a donor), which bind the Watson–Crick (N3–C4) face of the pyrimidine base.
Тарих
Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик ДНК-ның қос спиральдық моделін жариялағаннан кейін он жыл өткен соң, Карст Хугстин А мен Т аналогтарынан тұратын, Уотсон мен Крик сипаттағаннан өзгеше геометрияға ие негіз жұбын құрайтын кешеннің кристалдық құрылымын анықтады. Сол сияқты, G•C жұптары үшін де балама негіз жұптасу геометриясы мүмкін. Хугстин ДНК-да балама сутегі байланыс схемалары болған жағдайда, қос спираль мүлдем басқа пішінге өзгеруі керектігін көрсетті. Хугстин негіз жұптары ДНҚ және РНҚ-да кездесетін төрт тізбекті G квадроплекс құрылымдары сияқты балама құрылымдарда байқалады.
Ten years after James Watson and Francis Crick published their model of the DNA double helix, Karst Hoogsteen reported a crystal structure of a complex in which analogues of A and T formed a base pair that had a different geometry from that described by Watson and Crick. Similarly, an alternative base pairing geometry can occur for G•C pairs. Hoogsteen pointed out that if the alternative hydrogen bonding patterns were present in DNA, then the double helix would have to assume a quite different shape. Hoogsteen base pairs are observed in alternative structures such as the four stranded G quadruplex structures that form in DNA and RNA.
Химиялық қасиеттері
Хугстин жұптарының қасиеттері Уотсон-Крик негіз жұптарынан мүлдем өзгеше. Екі гликозидтік байланыстың арасындағы бұрыш (A•T жұбында шамамен 80°) үлкен, ал C1–C1 арақашықтығы (шамамен 860 пм немесе 8,6 Å) қалыпты геометриядағыдан кіші. Кейбір жағдайларда, кері Хугстин негіз жұптары деп аталатындарда, бір негіз екіншісіне қатысты 180° бұрылады. Кейбір ДНҚ тізбектерінде, әсіресе CA және TA динуклеотидтерінде, Хугстин негіз жұптары стандартты Уотсон-Крик негіз жұптарымен жылулық тепе-теңдікте болатын өткінші құралымдар ретінде кездеседі. Бұл өткінші құралымдарды анықтау үшін макромолекулаларға қолданылатын ЯМР релаксациялық дисперсиялық спектроскопия қолданылуы тиіс болды. Кейбір ақуыздар тек бір негіз жұп түрін тануға бейімделген және екі геометрия арасындағы тепе-теңдікті өзгерту үшін молекулааралық өзара әрекеттесулерді пайдаланады. ДНҚ-ның көптеген ерекшеліктері бар, олар оның тізбегін белоктармен ерекше тануға мүмкіндік береді. Алғашқыда бұл тану аминқышқылдарының жанама тізбектері мен негіздер арасындағы нақты сутекті байланыстар арқасында жүзеге асырылады деп есептелді. Бірақ көп ұзамай, бір-бірге сәйкестік табу мүмкін еместігі анық болды, яғни, оқуға болатын қарапайым код жоқ. Мәселенің бір бөлігі – ДНҚ классикалық қос спираль құрылымын бұзатын конформациялық өзгерістерге ұшырауы мүмкін. Соның салдарынан ДНҚ негіздерінің белок молекулаларына ұсынылуы өзгереді, бұл тану механизміне әсер етеді. Қос спиральдың бұрмалануы негіздер тізбегіне байланысты болғандықтан, белоктар ДНҚ-ны басқа белоктар мен кішкентай лиганд молекулаларын танитын тәсілмен, яғни геометриялық пішін арқылы (нақты тізбек орнына) тануға қабілетті. Мысалы, А және Т негіздерінің тізбегі ДНҚ-ның кіші жолағын (қос спиральдағы екі жолақтың тарсы) тарылта алады, нәтижесінде жергілікті теріс электростатикалық потенциал күшейеді, бұл өз кезегінде ақуыздағы оң зарядталған аргинин аминқышқылдарының байланысу орындарын құрайды.
Hoogsteen pairs have quite different properties from Watson–Crick base pairs. The angle between the two glycosidic bonds (ca. 80° in the A• T pair) is larger and the C1–C1 distance (ca. 860 pm or 8.6 Å) is smaller than in the regular geometry. In some cases, called reversed Hoogsteen base pairs, one base is rotated 180° with respect to the other. In some DNA sequences, especially CA and TA dinucleotides, Hoogsteen base pairs exist as transient entities that are present in thermal equilibrium with standard Watson–Crick base pairs. The detection of the transient species required the use of NMR relaxation dispersion spectroscopy applied to macromolecules. Some proteins have evolved to recognize only one base pair type, and use intermolecular interactions to shift the equilibrium between the two geometries. DNA has many features that allow its sequence specific recognition by proteins. This recognition was originally thought to primarily involve specific hydrogen bonding interactions between amino acid side chains and bases. But it soon became clear that there was no identifiable one to one correspondence — that is, there was no simple code to be read. Part of the problem is that DNA can undergo conformational changes that distort the classical double helix. The resulting variations alter the presentation of DNA bases to proteins molecules and thus affect the recognition mechanism. As distortions in the double helix are themselves are dependent on base sequence, proteins are able to recognize DNA in a manner similar to the way that they recognize other proteins and small ligand molecules, i. e. via geometric shape (instead of the specific sequence). For example, stretches of A and T bases can lead to narrowing the minor groove of DNA (the narrower of the two grooves in the double helix), resulting in enhanced local negative electrostatic potentials which in turn creates binding sites for positively charged arginine amino acid residues on the protein.
Үш қабатты құрылымдар
Бұл Уотсон-Крик жұптасу ережесіне бағынбаған негіз жұптасуы үшінші тізбектердің Уотсон-Крик үлгісінде құралған дуплекстердің айналасына оралып, (поли(dA)•2поли(dT)) және (поли(rG)•2поли(rC)) сияқты үш тізбекті спиральдарды қалыптастыруына мүмкіндік береді. Бұл құбылысты трансфер РНК-ның үш өлшемді құрылымдарында да байқауға болады, мысалы, T54•A58 және U8•A14 жұптасуларында.
This non Watson–Crick base pairing allows the third strands to wind around the duplexes, which are assembled in the Watson–Crick pattern, and form triple stranded helices such as (poly(dA)•2poly(dT)) and (poly(rG)•2poly(rC)). It can be also seen in three dimensional structures of transfer RNA, as T54•A58 and U8•A14.
Үш спиральді негізді жұптастыру
Уотсон-Крик негіз жұптары "•", " ", немесе "." белгілерімен көрсетіледі (мысалы: А•Т, немесе поли(rC)•2поли(rC)). Хугстин үш тізбекті ДНК негіздері жұптары "*" немесе ":" белгісімен көрсетіледі (мысалы: C•G*C+, T•A*T, C•G*G, немесе T•A*A).
Watson–Crick base pairs are indicated by a "•", " ", or a "." (example: A•T, or poly(rC)•2poly(rC)). Hoogsteen triple stranded DNA base pairs are indicated by a "*" or a ":" (example: C•G*C+, T•A*T, C•G*G, or T•A*A).
Төрт қабатты құрылымдар
Гугстин жұптары G-ға бай бір тізгілі ДНК және РНК-ның екінші құрылымдарын – G квадроплекстерді (G4 ДНК және G4 РНК) қалыптастыруға мүмкіндік береді. G4-тердің in vitro және in vivo жағдайында қалыптасуына дәлелдер бар. Геномдық G4-тер гендердің транскрипциясын реттеуге және рибосома функцияларын стерикалық түрде бәсеңдету арқылы РНК деңгейінде ақуыз синтезін тежеуге қабілетті. Олардың құрамында қысқа аралықтармен бөлінген төрт G үштігі болуы керек. Бұл Hoogsteen байланысы арқылы біріккен гуанин молекулаларының үйіліп орналасқан қауымдастықтарынан тұратын жазық квартеттердің құралуына жағдай жасайды.
Hoogsteen pairs also allows formation of secondary structures of single stranded DNA and RNA G rich called G quadruplexes (G4 DNA and G4 RNA). Evidence exists for both in vitro and in vivo formation of G4s. Genomic G4s have been suggested to regulate gene transcription and at the RNA level inhibit protein synthesis through steric inhibition of ribosome function. It needs four triplets of G, separated by short spacers. This permits assembly of planar quartets which are composed of stacked associations of Hoogsteen bonded guanine molecules.