Hoogsteenův základní pár - Hoogsteen base pair

Chemické struktury pro páry bází A • T a G • C + Watson-Crick a Hoogsteen. Hoogsteenovu geometrii lze dosáhnout purinovou rotací kolem glykosidické vazby (χ) a převrácením báze (θ), které ovlivňují současně C8 a C1 '(žlutá).[1]

A Hoogsteenův základní pár je variace párování bází nukleové kyseliny například pár A • T. Tímto způsobem dva nukleové báze, jeden na každém řetězci, může držet pohromadě Vodíkové vazby v hlavní drážce. Hoogsteen základní pár použije pozici N7 na purin základna (jako vodíková vazba akceptor) a C6 aminoskupina (jako dárce), které váží tvář Watson-Crick (N3 – C4) pyrimidin základna.

Dějiny

Deset let poté James Watson a Francis Crick zveřejnili svůj model dvojité šroubovice DNA,[2] Kras Hoogsteen hlášeno [3] krystalická struktura komplexu, ve kterém analogy A a T tvořily pár bází, který měl jinou geometrii než ta, kterou popsali Watson a Crick. Podobně může dojít k alternativní geometrii párování bází pro páry G • C. Hoogsteen poukázal na to, že pokud by v DNA byly přítomny alternativní vzory vodíkových vazeb, pak by dvojitá spirála musela mít zcela odlišný tvar. Hoogsteenovy páry bází jsou pozorovány v alternativních strukturách, jako jsou čtyřvláknové G-quadruplex struktury, které se tvoří v DNA a RNA.

Chemické vlastnosti

Hoogsteen páry mají zcela odlišné vlastnosti Watson-Crickovy páry bází. Úhel mezi dvěma glykosidickými vazbami (přibližně 80 ° v páru A • T) je větší a vzdálenost C1' – C1 ′ (přibližně 860 pm nebo 8,6 Å) je menší než v běžné geometrii. V některých případech tzv obrácený Hoogsteenův pár bázís, jedna základna je otočena o 180 ° vzhledem k druhé.

V některých sekvencích DNA, zejména u dinukleotidů CA a TA, existují páry bází Hoogsteen jako přechodné entity, které jsou přítomny v tepelné rovnováze se standardními páry bází Watson – Crick. Detekce přechodných druhů vyžadovala použití NMR technik, které byly u makromolekul použity teprve nedávno.[1]

Hoogsteenovy páry bází byly pozorovány v komplexech protein – DNA.[4] Některé proteiny se vyvinuly tak, aby rozpoznávaly pouze jeden typ párů bází a k posunutí rovnováhy mezi těmito dvěma geometriemi používaly intermolekulární interakce.

DNA má mnoho funkcí, které umožňují její sekvenčně specifické rozpoznávání proteiny. Původně se předpokládalo, že toto rozpoznávání primárně zahrnuje specifické interakce vodíkových vazeb mezi postranními řetězci aminokyselin a bázemi. Brzy však vyšlo najevo, že neexistuje žádná identifikovatelná individuální korespondence - to znamená, že neexistuje žádný jednoduchý kód, který by bylo možné číst. Část problému spočívá v tom, že DNA může podstoupit konformační změny, které narušují klasickou dvojitou spirálu. Výsledné variace mění prezentaci bází DNA na molekuly proteinů a ovlivňují tak mechanismus rozpoznávání.

Jelikož samotné zkreslení v dvojité šroubovici závisí na sekvenci bází, jsou proteiny schopny rozpoznat DNA podobným způsobem, jakým rozpoznávají jiné proteiny a malé molekuly ligandu, tj. Prostřednictvím geometrického tvaru (místo specifické sekvence). Například úseky bází A a T mohou vést ke zúžení menší drážky DNA (užší ze dvou drážek ve dvojité šroubovici), což vede ke zvýšenému místnímu negativnímu elektrostatickému potenciálu, což zase vytváří vazebná místa pro pozitivně nabitý arginin amino- zbytky kyselin na proteinu.

Triplexní struktury

Základní triády ve struktuře trojité šroubovice DNA.

Toto párování bází jiné než Watson-Crick umožňuje třetím pramenům navinout se kolem duplexů, které jsou sestaveny v Watson-Crickův vzor a formu trojvláknové spirály jako (poly (dA) • 2poly (dT)) a (poly (rG) • 2poly (rC)).[5] To lze také vidět v trojrozměrných strukturách přenos RNA, jako T54 • A58 a U8 • A14.[6][7]

Quadruplexové struktury

Hoogsteenovy páry také umožňují tvorbu sekundárních struktur tzv. Jednovláknové DNA a RNA bohaté na G G-kvadruplexy (G4-DNA a G4-RNA). Existují důkazy pro tvorbu G4 in vitro i in vivo. Bylo navrženo, aby genomové G4s regulovaly transkripci genů a na úrovni RNA inhibovaly syntézu proteinů prostřednictvím sterické inhibice funkce ribozomu. Potřebuje čtyři triplety G, oddělené krátkými rozpěrkami. To umožňuje sestavení rovinných kvartet, která jsou složena ze skládaných asociací molekul guaninu vázaných na Hoogsteen.[8]

Párování trojité šroubovice

Páry bází Watson-Crick jsou označeny „•“, „-“ nebo „.“ (příklad: A • T nebo poly (rC) • 2poly (rC)).

Hoogsteen trojřetězcová DNA páry bází jsou označeny „*“ nebo „:“ (příklad: C • G * C +, T • A * T, C • G * G nebo T • A * A).

Viz také

Reference

  1. ^ A b Evgenia N. Nikolova; Eunae Kim; Abigail A. Wise; Patrick J. O'Brien; Ioan Andricioaei; Hashim M. Al-Hashimi (2011). „Přechodné páry bází Hoogsteen v kanonické duplexní DNA“. Příroda. 470 (7335): 498–502. Bibcode:2011Natur.470..498N. doi:10.1038 / nature09775. PMC  3074620. PMID  21270796.
  2. ^ Watson JD, Crick FH (1953). „Molekulární struktura nukleových kyselin: struktura pro deoxyribosovou nukleovou kyselinu“. Příroda. 171 (4356): 737–738. Bibcode:1953Natur.171..737W. doi:10.1038 / 171737a0. PMID  13054692. S2CID  4253007.
  3. ^ Hoogsteen K (1963). „Krystal a molekulární struktura komplexu vázaného na vodík mezi 1-methylthyminem a 9-methyladeninem“. Acta Crystallographica. 16 (9): 907–916. doi:10.1107 / S0365110X63002437.
  4. ^ Jun Aishima, Rossitza K. Gitti, Joyce E. Noah, Hin Hark Gan, Tamar Schlick, Cynthia Wolberger (2002). „Hoogsteenův pár bází vložený do nezkreslené B-DNA“. Nucleic Acids Res. 30 (23): 5244–5252. doi:10.1093 / nar / gkf661. PMC  137974. PMID  12466549.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  5. ^ Kim, SK; Takahashi, M; Nordén, B (17. října 1995). "Vazba RecA na antiparalelní poly (dA) .2poly (dT) trojšroubovicovou DNA". Biochimica et Biophysica Acta. 1264 (1): 129–33. doi:10.1016/0167-4781(95)00137-6. PMID  7578246.
  6. ^ Zagryadskaya, EI; Doyon, FR; Steinberg, SV (15. července 2003). "Důležitost reverzního Hoogsteenova páru bází 54-58 pro funkci tRNA". Výzkum nukleových kyselin. 31 (14): 3946–53. doi:10,1093 / nar / gkg448. PMC  165963. PMID  12853610.
  7. ^ Westhof, Eric; Auffinger, Pascal (09.09.2005). "Struktura přenosu RNA" (PDF). Encyklopedie věd o živé přírodě. Nature Pub. Skupina. ISBN  9780470015902. Citováno 28. března 2019.
  8. ^ Johnson JE, Smith JS, Kozak ML, Johnson FB (2008). "In vivo veritas: Využití kvasinek ke zkoumání biologických funkcí G-kvadruplexů ". Biochimie. 90 (8): 1250–1263. doi:10.1016 / j.biochi.2008.02.013. PMC  2585026. PMID  18331848.