Хугстиновские пары

Рис 1. Сравнение В (Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик) структуры ДНК (левая) с Хугстиновской ДНК (правая) ^[1].

Рис 2. Сравнение Хугстиновские с Уотсон-Криковской A•T и C•G парами. Хугстиновская геометрия может быть достигнута либо вращения пуринов вокруг гликозидной связи (χ) либо переворачиванием основания (θ), влияющих одновременно на позиции C8 и C1 (обозначено желтым).

Хугстиновские пары — альтернативный вариант связывания нуклеотидов на комплементарных цепях нуклеиновых кислот ДНК или РНК, соединённых с помощью водородных связей не по каноническому Уотсон-Крику связыванию оснований (A-, B- и Z-ДНК) (Рис. 1). Для Хугстиновских пар, две антипараллельные нуклеиновые цепи образуют водородные связи по большой бороздке. Пурины поворачиваются на 180° (Рис. 2). Хотя Хугстиновские пары наблюдаются редко, для некоторых последовательностей ДНК, особенно в 5'-CA-3' и 5'-TA-3' динуклеотидов ^[2], Хугстиновские пары существуют в равновесии со стандартными Уотсона и Криковскими парами оснований.

История

Десять лет спустя опубликованной Джеймс Уотсоном и Фрэнсис Криком своей модели двойной спирали ДНК, Karst Hoogsteen продемонстрировал альтернативные кристаллические структуры для нуклеотидных пар А•Т и C•G ^[3].

Химические свойства

Хугстиновские пары образуются альтернативными водородных связи и, поэтому, имеют разные свойства в сравнении с Уотсон-Криковскими парами. Например, угол между двумя гликозильными связями больше, 80° для паре A•T, и расстояние C1′–C1′ меньше, всего 8,2 A, чем в обычной геометрии (10,1 A).

G-­квадруплексы

Рис 3. Структура G-­квадруплекса. Слева: G­-квартет. Справа: межмолекулярный G-­квадруплекс

G-­квадруплексы (англ. G-quadruplex, а также G-tetrads или G4), являются последовательностью нуклеиновых кислот, которые обогащены гуанином и способны образовывать структуры из двух, трёх или четырех цепей. Цепи нуклеиновых кислот из гуанозиновых олиго- и поли-нуклеотидов способны связываться друг с другом при наличии моновалентного катиона, как калий. С помощью дифракционного анализа было показано, что такие поли(G)-нити представляют собой новый тип укладки ДНК, четырехцепочечную спираль, где четыре гуаниновых основания из разных цепей образуют плоскую структуру, удерживаемую G-G-парными взаимодействиями (рис. 1). Такие структуры отличаются высокой стабильностью в растворе и называются гуаниновыми (G)-квартетами, или G-тетрадами. Каждый G-квартет скреплен в сумме восемью водородными связями, образованными взаимодействием Уотсон-Криковской стороны одного гуанинового основания с Хугстиновской стороной другого. G-квадруплексы могут быть также образованы короткими олигонуклеотидами с соответствующей последовательностью, которую можно схематически записать как GmXnGmXoGmXpGm, где m – количество гуанинов в G-блоке. Эти гуанины обычно непосредственно задействованы в образовании G-тетрад. Xn, Xo и Xp могут быть комбинацией любых остатков, включая G; такие участки формируют петли между G-тетрадами ^[4].

Тройная спираль

Рис.4 Связи между тремя нуклеотидами в цепи ДНК из трех цепей

Уотсон-Криковские пары обозначены "•", например: A•T и C•G.

В тройной спирале Хугстиновские пары отмечены как "*", например: C•G*G+, T•A*T, C•G*G и T•A*A (рис. 4).

10 вариантов связываний пурин-пуримидиновых пар

См. также

• Спаренные основания
• G-quadruplex
• Triple-stranded DNA
• Nucleic Acid Nomenclature and Structure

Ссылки

1. ↑ Andrew Thompson, Tam Huynh-Dinh, Juan A. Subirana (2002). «Crystal structure of an antiparallel DNA fragment with Hoogsteen base pairing». PNAS 99 (5): 2806-2811.
2. ↑ Evgenia N. Nikolova, Eunae Kim, Abigail A. Wise, Patrick J. O’Brien, Ioan Andricioaei, Hashim M. Al-Hashimi (2011). «Transient Hoogsteen base pairs in canonical duplex DNA». Nature 470: 498–502.
3. ↑ Hoogsteen K (1963). «The crystal and molecular structure of a hydrogen-bonded complex between 1-methylthymine and 9-methyladenine». Acta Crystallographica 16: 907-916.
4. ↑ Решетников РВ, Копылов АМ, Головин АВ (2010). «Классификация G-квадруплексных ДНК по углу вращения квадруплекса и планарности G-квартетов». Acta Naturae 2 (4): 80-89.