Кіріспе
ДНҚ полимеразаның тізбекті ұзартуын тежейтін зат – дидеоксинуклеотидтер, ДНҚ тізбегін анықтау үшін Сангер әдісінде қолданылады. Дидеоксирибонуклеотидтерде 3' гидроксил тобы болмайды, сондықтан бұл дидеоксинуклеотид тізбекке қосылғаннан кейін тізбектің ұзартылуы тоқтатылады. Бұл ДНҚ тізбегінің аяқталуына алып келуі мүмкін. Осылайша, бұл молекулалар ДНҚ тізбегін дидеокси әдісімен аяқтаудың негізін құрайды, бұл әдіс Фредерик Сангер және оның командасы 1977 жылы бұрынғы жұмыстарды дамыту ретінде жариялады. Сангердің әдісі 2001 жылы ДНҚ фрагменттерін тізбектеудің екі маңызды әдісінің бірі ретінде сипатталды, бірақ Сангер әдісі – "ең көп қолданылатын және көптеген автоматтандырылған ДНҚ тізбектеу құрылымдары қолданатын әдіс". Сангер 1980 жылы химия бойынша екінші Нобель сыйлығын жеңіп алды, оны Уолтер Гилбертпен ("нуклеин қышқылдарындағы негіздер тізбегін анықтауға қосқан үлесі үшін") және Пол Бергпен ("нуклеин қышқылдарының биохимиясы саласындағы негізгі зерттеулері үшін, әсіресе рекомбинантты ДНҚ-ға қатысты") бөлісті, сондай-ақ Нобель лекциясында дидеоксинуклеотидтерді қолдану туралы айтты.
Dideoxynucleotides are chain elongating inhibitors of DNA polymerase, used in the Sanger method for DNA sequencing. The dideoxyribonucleotides do not have a 3' hydroxyl group, hence no further chain elongation can occur once this dideoxynucleotide is on the chain. This can lead to the termination of the DNA sequence. Thus, these molecules form the basis of the dideoxy chain termination method of DNA sequencing, which was reported by Frederick Sanger and his team in 1977 as an extension of earlier work. Sanger's approach was described in 2001 as one of the two fundamental methods for sequencing DNA fragments) but the Sanger method is both the "most widely used and the method used by most automated DNA sequencers." Sanger won his second Nobel Prize in Chemistry in 1980, sharing it with Walter Gilbert ("for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids") and with Paul Berg ("for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant DNA"), and discussed the use of dideoxynucleotides in his Nobel lecture.
ДНК тізбесін анықтау
Дидеоксинуклеотидтер ДНК тізбегін анықтауда электрофорезбен бірге қолданылады. Төрт дезоксинуклеотид және бір дидеоксинуклеотид қосылған ортада ПТР (полимераза тізбектік реакция) өтетін ДНК үлгісі, дидеоксинуклеотидтің толықтыратын типіне сәйкес келетін әрбір базаның орнына тең ұзындықтағы тізбектерді жасайды. ПТР-да қолданылатын Taq полимеразаның ddGNTP-ге бейімділігі түрлі зерттеулерде байқалған. Яғни, әрбір нуклеотидтік базаның сол типтегі дезоксинуклеотидке емес, керісінше, тізбек ұзартуын тоқтататын дидеоксинуклеотидке байланысу мүмкіндігі бар. Сондықтан, егер үлгі электрофорезден өтсе, дидеоксинуклеотидтің толықтыратын типінің орналасқан әр ұзындығында жолақ пайда болады. Қазір флуоресцентті дидеоксинуклеотидтерді қолдану кең таралған, олардың әрқайсысы секвенсормен анықталатын әртүрлі флуоресценцияға ие; осылайша, тек бір реакция ғана қажет.
Өндіріс
Патенттелген әдіс бойынша тетрагидрофуран 50 г (0,205 моль) уридин (немесе, болжам бойынша, кез келген қорғалмаған нуклеозид), 112 мл (1,03 моль) метил ортоформат және 10 г (52,6 ммоль) паратолуолсульфон қышқылынан тұратын еріткіште бөлме температурасында қосылып, араластырылды. Бөлме температурасында 24 сағат араластырғаннан кейін, реакциялық қоспа натрий бикарбонатының сулы ерітіндісіне құйылды, содан кейін хлороформпен 5 рет экстракцияланды. Экстракт натрий сульфатымен кептіріліп, 49,5 г (0,173 моль) 2',3'-о-метоксиметилденуридин алу үшін концентрацияланды (шығымдылығы 84,5%). Осы реакциядан кейін, уридиннің 2',3'-о-метоксиметилденуридин үлгісі бөлме температурасында 50 мл сірке қышқылының ангидридімен араластырылып ерітілді. Ерітінді 140°C-қа дейін қыздырылды және осы температурада 5 сағат бойы еріткіштің кері ағып кетуімен ұсталып тұрды. Бөлме температурасына дейін салқындатылғаннан кейін, еріткіш төмендетілген қысымда дистилляция арқылы алынып тасталды, 50 мл су қосылды және қоспа 100 мл хлороформмен 3 рет экстракцияланды. Экстракт төмендетілген қысымда 30% аммиак суымен концентрацияланып, 2',3'-дидеокси-2',3'-дидегидроуридиннің 82,3% шығымдылығы алынды. Осы өнім үлгісі кейін 1 сағат бойы сутек атмосферасында катализаторды (көміртегідегі ылғалды 5% палладий) (400 мг) қамтитын метанолда (10 мл) еріту арқылы қос байланысты жою үшін гидратацияланды, нәтижесінде дидеоксинуклеозид (осы жағдайда 2',3'-дидеоксиуридин) алынды. Қолданылатын бояу нуклеотиді фосфорилдеу ферментімен өңдеу және биотинилдену, содан кейін биотинилденген заттың бояумен реакциясы арқылы түзіледі. Бояумен бірден реакция дамуы мүмкін, бірақ ДНК полимеразаның мутант түрін қолданған жағдайда, "қолды" ұзарту тиімділікті арттырады.