Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах
На основании рентгеноструктурного исследования кальциевой соли роly (dА) : роlу (dТ) в волокнах построена модель этого полинуклеотида, представляющего собой 10-кратную двойную спираль с периодом 3,23 нм. Противоположные сахаро-фосфатные цепи в данной модели полностью эквивалентны и содержат сахара в...
Gespeichert in:
| Datum: | 1986 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1986
|
| Schriftenreihe: | Биополимеры и клетка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152807 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах / Д.Г. Алексеев, А.А. Липанов, И.Я. Скуратовский // Биополимеры и клетка. — 1986. — Т. 2, № 4. — С. 189-195. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-152807 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1528072019-06-14T01:27:10Z Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах Алексеев, Д.Г. Липанов, А.А. Скуратовский, И.Я. Структура и функции биополимеров На основании рентгеноструктурного исследования кальциевой соли роly (dА) : роlу (dТ) в волокнах построена модель этого полинуклеотида, представляющего собой 10-кратную двойную спираль с периодом 3,23 нм. Противоположные сахаро-фосфатные цепи в данной модели полностью эквивалентны и содержат сахара в конформации, близкой к С2'-endo (δ = 138°), что позволяет отнести данную структуру к В-семейству ДНК. Для натриевой соли этого же полинуклеотида предложена новая модель, противоположные цепи в которой конформационно близки и которая тоже является структурой В-типа. а основі рентгеноструктурного дослідження кальцієвої солі роly (dА): роlу (dТ) у волокнах побудовано модель цього полінуклеотиду, що представляє собою 10-разову подвійну спіраль з періодом 3,23 нм. Протилежні цукрово-фосфатні ланцюга в даній моделі повністю еквівалентні і містять цукри в конформації, близькій до С2'-endo (δ = 138 °), що дозволяє віднести дану структуру до В-сімейства ДНК. Для натрієвої солі цього ж полінуклеотиду запропоновано нову модель, протилежні ланцюги в якій конформаційно близькі і яка теж є структурою В-типу. Fibre X-ray diffraction study of the calcium salt of poly(dA) :poly(dT) has resulted in a model of this polynucleotide which is a ten-fold double helix with the pitch of 3.23 nm. Antiparallel sugar phosphate chains are fully equivalent in the model, deoxyribose conformation being close to C2'-endo (δ = 138°), and it may be regarded as member of B-family structures. A revised structure of Na-poly(dA) : poly(dT) is suggested, which is also of the B-type and with the highly similar opposite chains. 1986 Article Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах / Д.Г. Алексеев, А.А. Липанов, И.Я. Скуратовский // Биополимеры и клетка. — 1986. — Т. 2, № 4. — С. 189-195. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.0001B3 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152807 547.963.3 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров |
| spellingShingle |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров Алексеев, Д.Г. Липанов, А.А. Скуратовский, И.Я. Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах Биополимеры и клетка |
| description |
На основании рентгеноструктурного исследования кальциевой соли роly (dА) : роlу (dТ) в волокнах построена модель этого полинуклеотида, представляющего собой 10-кратную двойную спираль с периодом 3,23 нм. Противоположные сахаро-фосфатные цепи в данной модели полностью эквивалентны и содержат сахара в конформации, близкой к С2'-endo (δ = 138°), что позволяет отнести данную структуру к В-семейству ДНК. Для натриевой соли этого же полинуклеотида предложена новая модель, противоположные цепи в которой конформационно близки и которая тоже является структурой В-типа. |
| format |
Article |
| author |
Алексеев, Д.Г. Липанов, А.А. Скуратовский, И.Я. |
| author_facet |
Алексеев, Д.Г. Липанов, А.А. Скуратовский, И.Я. |
| author_sort |
Алексеев, Д.Г. |
| title |
Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах |
| title_short |
Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах |
| title_full |
Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах |
| title_fullStr |
Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах |
| title_full_unstemmed |
Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах |
| title_sort |
структура кальциевой соли роly (dа) : роly (dт) по данным рентгеновской дифракции в волокнах |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
1986 |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/152807 |
| citation_txt |
Структура кальциевой соли роly (dА) : роly (dТ) по данным рентгеновской дифракции в волокнах / Д.Г. Алексеев, А.А. Липанов, И.Я. Скуратовский // Биополимеры и клетка. — 1986. — Т. 2, № 4. — С. 189-195. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| series |
Биополимеры и клетка |
| work_keys_str_mv |
AT alekseevdg strukturakalʹcievojsolirolydarolydtpodannymrentgenovskojdifrakciivvoloknah AT lipanovaa strukturakalʹcievojsolirolydarolydtpodannymrentgenovskojdifrakciivvoloknah AT skuratovskijiâ strukturakalʹcievojsolirolydarolydtpodannymrentgenovskojdifrakciivvoloknah |
| first_indexed |
2025-07-14T04:17:53Z |
| last_indexed |
2025-07-14T04:17:53Z |
| _version_ |
1837594494793416704 |
| fulltext |
TEMPLATE-FREE RIBOSOMAL SYNTHESIS OF POLYPEPTIDES
FROM AMINOACYL-tRNAs : POLYPHENYLALANINE
SYNTHESIS FROM PHENYLALANYL-tRNA1*8
G. Zh. Yusupova (Tnalina), Ν. V. Belitsina, A. S. Spirin
Institute of Protein Research,
Academy of Sciences of the USSR, Pushchino,, Moscow Region
A. N. Bach Institute of Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Moscow
S u m m a r y l l p i ?
Misacylated phenylalanyl-tRNALys, similar to lysyl-tRNALys, but not phenylalanyl-
tRNAphe, is able to serve as a substrate for ribosomal synthesis of polypeptides (poly-
phenylalanine and polylysine, respectively) in the absence of a template polynucleotide
(poly(A)). Thus, it is the structure of tRNA that determines the ability of the amino-
acyl-tRNALYs to participate in the peptide elongation on ribosomes without codon-anti-
codon interactions.
1. Belitsina Ν. V., Tnalina G. Zh., Spirin A. S. Template-free ribosomal synthesis of
polylysine from lysyl-tRNA / / FEBS Letters.—1981.—131, N 2.—P. 289—292.
2. Belitsina Ν. V., Tnalina G. Zh., Spirin A. S. Template-free ribosomal synthesis of
polypeptides from aminoacyl-tRNAs//Biosystems.— 1982.—15, N 3.—P. 233—241.
3. Тналина Г. ЖБелицина Η. В., Спирин А. С. Безматричный синтез полипептидов
из аминоацил-тРНК на рибосомах Escherichia coli // Докл. АН СССР.— 1982.—266,
№ 3.— С. 741—745.
4. Pestka S. Studies on the formation of transfer ribonucleic acid-ribosome complexes.
III. The formation of peptide bonds by ribosomes in the absence of supernatant en-
zymes / / J . Biol. Chem.—1968.—243, N 10.—P. 2810—2820.
5. Erbe R. W., Nau Μ. M., Leder P. Translation and translocation of defined RNA mes-
senger / / J. Мої. Biol.— 1969.—39, N 3.— P. 441—460.
6. Kaziro K., Ynoue-Yokosawa N., Kawakita M. Studies on polypeptide elongation factor
from E. coli. I. Crystalline factor G . / / J . Biochem.— 1972—7.2, N 4.—P. 853—863.
7. Arai K., Kawakita M.,} Kaziro Y. Studies on polypeptide elongation factors from
Escherichia coli. II. Purification of factors 7Vguanosine diphosphate, T$ and Tu-TSi
and crystallization of 7Vguanosine diphosphate and Tu-Ts// J. Biol. Chem—1972.—
247, N 21.—P. 7029—7037.
8. Fischer W., Derwenskus K.-H., Sprinzl M. On the properties of immobilized elongation
factor Tu from Thermus thermophilus HB8 / / Eur. J. Biochem.— 1982.—125, N 1.—
p. 143—149.
9. Гаврилова Л. П., Смолянинов В. В. Изучение механизма транслокации в рибосомах.
I. Синтез полифенилаланина в рибосомах Escherichia coli без участия гуанозин-б'-
трифосфата и белковых факторов трансляции/Молекуляр. биология.—1971.—5,
No 6.—С. 883—891.
10. Wagner J., Sprinzl Μ. The complex formation between Escherichia coli aminoacyl-
tRNA, elongation factor Tu and GTP / / E u r . J. Biochem.— 1980.—108, N 1.—P. 213—
221.
11. Synthetic polynucleotides and the amino acid code, VIII / R. S. Gardner, R. S. Wahba,
A. C. Basilioc et a l . / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.—1962.—48, N 12.—P. 2087—2094.
12. Gottesman Μ. E. Reaction of ribosome-bound peptidyl transfer ribonucleic acid with
aminoacyl transfer ribonucleic acid or puromycin / / J. Biol. Chem.— 1967.— 242,
N 23.— P. 5564—5571.
Ин-т белка АН СССР, Пущино Получено 10.02.86
Ин-т биохимии им. А. Н. Баха АН СССР, Москва
УДК 547.963.3 ··-;—-;
СТРУКТУРА КАЛЬЦИЕВОЙ СОЛИ POLY (dA) : POLY (dT)
ПО ДАННЫМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИФРАКЦИИ В ВОЛОКНАХ*
Д. Г. Алексеев, А. А. Липанов, И. Я. Скуратовский
Введение. Метод рентгеновской дифракции в волокнах оказался весьма
успешным при изучении взаимодействия полимерной Д Н К с противо-
ионами и позволил локализовать ионы Cs+ в структурах В- и А-форм
* Представлена членом редколлегии д. ф.-м. н. М. Д. Франк-Каменецким.
БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4 189
Д Н К [1, 2]. Ионы щелочных металлов достаточно большого размера
(Na+, К+, Rb+) могут располагаться в структуре Д Н К сходным обра-
зом. В частности, оказывается возможным встраивание ионов Na+ в
гликозидный желобок poly (dA) : poly (dT) в классической В-конфор-
мации так, что в их координационные оболочки входят молекулы воды
и полярные атомы оснований: N3 аденинов и 0 2 тиминов [1].
Двухвалентный ион Mg2+ обладает очень малым радиусом, его
гидратационные свойства заметно отличаются от свойств упомянутых
ионов, и о механизме его влияния на структуру Д Н К можно судить
лишь косвенно [1, 3]. Са2+ имеет такой же размер, как и Na+, но по
данным EXAFS-спектроскопии его взаимодействие с природной Д Н К
и poly(dA) :poly(dT) решительно отличается от того, что характерно
для ионов щелочных металлов с примерно таким же размером: ионы
Са2+ взаимодействуют преимущественно с фосфатами и не имеют кон-
тактов с атомами азотистых оснований [4].
Настоящая работа посвящена детальной структуре poly(dA) : po-
ly (dT) в форме кальциевой соли в волокнах и позволит более конкрет-
но описать взаимодействие двухвалентного иона Са2+ с полимерной
ДНК. В результате рентгеноструктурного исследования натриевой соли
poly(dA) :poly(dT) Арнотт и др. получили для этого полинуклеотида
гетерономную структуру [5] с явно выраженной неэквивалентностью
конформаций полипуриновой и полипиримидиновой цепей, что, в прин-
ципе, согласуется с их химической неэквивалентностью (цепь poly(dA)
в данной модели принимает конформацию Α-типа с сахаром СЗ'-епс1о,
а цепь poly(dT)—конформацию В-типа с сахаром C2'-endo). Данные
спектроскопических исследований в растворе (ЯМР, комбинационное
рассеяние [6—8]), выполненных в различных условиях, не всегда со-
гласуются с этой структурой. Как будет показано ниже, в случае
Ca-poly (dA) : poly (dT) химическая неэквивалентность двух цепей по-
линуклеотида практически не проявляется вовсе, а для Na-poly(dA) :
:poly(dT) в волокнах удается построить модель, где эта неэквивалент-
ность выражена существенно слабее, чем в прежней модели структуры
[5], причем новая модель оказывается в лучшем соответствии с теми
же рентгеноструктурными данными.
Материалы и методы. Натриевую соль poly(dA) : poly(dT) («Boehringer», ФРГ)
растворяли в буфере 0,1XSSC и диализовали несколько раз против 1 мМ трис-НС1,
рН 7,8, содержащего 10 мМ СаС12. Осажденные после диализа препараты тщательно от-
мывали 80 %-ным этанолом, в результате чего получали чистую кальциевую соль po-
ly (dA) : poly (dT), свободную от примеси СаС12. На СиКа-излучении была снята рен-
тгенограмма Ca-poly(dA) : poly(dT) при относительной влажности 81 % и измерены
интенсивности 87 независимых отражений. В отличие от Na-poly(dA) : poly(dT), когда
при относительной влажности 71 % наблюдали моноклинную элементарную ячейку с
параметрами: а = 1,865±0,002 нм, 6=3,548±0,002 нм, с = 3,233±0,003 нм, β » 9 0 °
(пространственная группа Ρ2ι) [5], в случае Ca-poly(dA) : poly(dT) наблюдается ром-
бическая ячейка с параметрами: а== 1,871 ±0,001 нм, 6 = 4,032±0,002 нм, с = 3 , 2 3 2 ±
±0,003 нм (пространственная группа P2i2i2J. Таким образом, при переходе от Na
к Ca-poly(dA) : poly(dT) происходит увеличение длины ребра «Ь» элементарной ячейки
на 0,48 нм при совпадении остальных параметров. В обоих случаях молекулы ро-
ly(dA) : poly(dT) представляют собой 10-кратные двойные спирали с одинаковой вы-
сотой витка 3,23 нм, и на ячейку приходится две молекулы. Анализ систематических
погасаний и цилиндрически усредненной функции Паттерсона (получаемой из экспери-
ментальных интенсивностей без каких-либо априорных допущений, см., например, [9])
свидетельствует, что две молекулй Ca-poly(dA) : poly(dT) в ячейке связаны друг с
другом трансляцией, и их положения в долях ребер ячейки следующие: (0; 0; 0) и
(0,5; 0,5; 0,31).
Оптимизацию структуры полинуклеотида проводили с помощью модифицирован-
ного метода связанного атома Арнотта и др. [10]. Использовали однопараметрическую
модель гибкого сахарного кольца [11], рассчитанную по статистике известных струк-
тур нуклеотидов и нуклеозидов из кембриджского банка кристаллографических данных
(версия 1984 г.). Оптимизированные структуры считали стерически приемлемыми, если
они не содержали контактов между валентно несвязанными атомами (в том числе и
атомами водорода) короче, чем сумма их ван-дер-ваальсовых радиусов минус 0,04 нм.
Рассеивающие факторы неводородных атомов были поправлены на дифракцию от не-
упорядоченного растворителя (воды) в соответствии с [12], однако при всех расчетах
не учитывали «малоугловые» рефлексы (до разрешения 1,1 нм), где этот вклад наибо-
лее существен. В случае Ca-poly(dA) : poly(dT) имеется всего три таких рефлекса из
87, а в случае Na-poly(dA) : poly(dT) — семь из 113.
190 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4
Результаты. С т р у к т у р а С а-р о 1 у (d А) : ρ о 1 у (d Τ). Анализ
синтезов Паттерсона позволил прямо показать наличие в структуре
Ca-poly (dA) : poly (dT) традиционного набора некристаллографических
диад (поворотных осей второго порядка), перпендикулярных оси спи-
рали. Хотя такие диады не являются абсолютно строгими, так как
адениновые и тиминовые основания в противоположных цепях двойной
спирали только квазиизоморфны, этот факт исключает возможность
заметной неэквивалентности цепей poly(dA) : poly (dT), т. е. позволяет
Рис. 1. Квадрат электронной плотности молекулы Ca-poly(dA) : poly(dT) за вычетом
константы, рассчитанный по трехмерной функции Паттерсона. Проекция вдоль оси спи-
рали, которая перпендикулярна плоскости рисунка. Положение максимумов электронной
плотности хорошо согласуется с наложенным изображением сахаро-фосфатных цепей
уточненной модели. Атомы фосфора зачернены и их положение соответствует расстоя-
нию 0,96 нм от оси спирали (центр рисунка).
Fig. 1. The squared electron density of the Ca-poly(dA) : poly(dT) molecule (minus a
constant value) calculated from the three-dimensional Patterson map. Projection down
the molecular screw axis which is normal tq the plane of the picture. The positions of
electron density maxima coincide well with those of phosphates from the refined model
of the structure. Black circles indicate the phosphorous atoms 0.96 nm distant from the
helix axis (centre of the picture).
сразу отвергнуть гетерономную модель, предложенную для натриевой
соли этого полинуклеотида [5]. Зная пространственную группу, поло-
жение внутримолекулярных диад и учитывая 10-кратную винтовую
симметрию отдельных молекул Ca-poly (dA) : poly (dT), можно, вос-
пользовавшись трехмерным синтезом Паттерсона, рассчитать квадрат
электронной плотности молекулы и найти положение фосфатных групп
в ячейке. На рис. 1 показана проекция полученного изображения мо-
лекулы вдоль оси спирали. Важно, что этот результат следует непо-
средственно из экспериментальных данных и свободен от неопределен-
ностей, которые могут быть присущи (в принципе) поискам структуры
с помощью моделирования.
Относительно независимое определение структуры молекулы мето-
дом связанного атома согласуется с результатами анализа функции
Паттерсона. Обычный R-фактор ^ =Fэ —FT/I%Fэ, где Fэ — экспери-
ментальные, a FT — теоретические структурные амплитуды дифракции)
для окончательной структуры равен 0,32. Используемый для статисти-
ческих оценок R// {R// = (L{Fэ—Ft)2/^Fэ2)1/2) равен 0,36. Оптимизирован-
ная структура характеризуется одинаковыми параметрами противопо-
ложных цепей двойной спирали с сахарами в конформации, близкой
0,5 нм
191 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4
к C2 /-endo. Пары оснований имеют отрицательный наклон по отноше-
нию к плоскости, перпендикулярной этой оси (—6°), и между адени-
ном и тимином в каждой из пар существует значительный пропеллер
(19°). В делом структура принадлежит, несомненно, к В-семей-
ству ДНК.
С т р у к т у р а N а-р о 1 y(d А) : ρ о 1 y(d Т). Ввиду близких зна-
чений упаковочных и молекулярных параметров для кальциевой и нат-
риевой солей poly(dA) : poly(dT) (см. Материалы и методы) мы попы-
Рис. 2. Проекции перпендикулярно (вверху) и вдоль (внизу) оси спирали кальциевой
(А), натриевой (Б) солей poly(dA) :poly(dT); гетерономной модели Na-poly(dA) : po-
ly (dT) (В) [5] и модели В-ДНК (Г) [5].
Fig. 2. Views normal to (above) and down (below) the helix axis of A) Ca-poly(dA):
: poly (dT); Б) Na-poly(dA) : poly(dT) (this work); B) heteronomous model of Na-poly
(dA) : poly(dT) [5]; Г) B-DNA model [5].
тались адаптировать полученную модель к данным рентгеновской
дифракции от волокон Na-poly (dA) : poly (dT) из работы [5]. В резуль-
тате оптимизации была найдена структура, у которой конформации
Сахаров в противоположных цепях отличаются, но обе близки к С2'-
endo. При этом различия в двугранных углах между адениновой и ти-
миновой цепями в целом невелики (стандартное отклонение 13°), тогда
как в гетерономной модели [5] эти различия составляют 45°. Оптими-
зированная структура осталась очень похожей на структуру
Ca-poly(dA) : poly (dT). Для нашей модели Na-poly (dA) : poly (dT)
R = 0,26 R" = 0,29). Гетерономная модель в тех же условиях дает
R-фактор 0,28 R" = 0,37), и, согласно статистическому тесту Гамиль-
тона [13], может быть отвергнута при уровне достоверности 99,5%.
С р а в н е н и е р а з л и ч н ы х с т р у к т у р ρ о ly(dA) : ρ о l y ( d T ) .
На рис. 2 изображены полученные нами модели Са- и Na-poly (dA) :
: poly (dT), а также гетерономная модель [5] и модель В-ДНК. На
рис. 3 показаны виды сверху на две последовательные пары нуклеоти-
дов из этих структур, а в таблице приведены значения соответствую-
щих им конформационных параметров. Все три модели poly(dA) :
: poly (dT) характеризуются сходным стэкингом между парами осно-
ваний, несмотря на различия в конформациях сахаро-фосфатных цепей
(рис. 3), и значительной величиной пропеллера между основаниями в
каждой из пар. Существенно то, что наша модель Na-poly (dA) :
: poly (dT) (рис. 2 , 5 ) требует иного взаимного расположения молекул
в элементарной ячейке (при сохранении ее экспериментальных разме-
ров и пространственной группы Ρ2ι), чем модель [5] (рис. 2, β ) .
192 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4
Обсуждение результатов. Приведенные результаты и данные
ЯМР [6] показывают, что в волокнах и при физиологических условиях
в растворе (температура ~ 2 5 ° С , 0,1 Μ NaCl) poly(dA) : poly(dT) об-
ладает структурой В-типа с практически эквивалентными конформа-
циями противоположных цепей двойной спирали, т. е. наблюдается
согласие между структурой в волокне (кристалле) и структурой в
растворе. В отличие от гетерономной модели [5] конформация Саха-
ров в обеих цепях оказывается близкой к C2 /-endo. В то же время
спиралей.
Fig. 3. Views down the helix axis of two successive pairs of nucleotides from the struc-
tures presented in Fig. 2 (the same order). Helix axis positions are shown.
спектры комбинационного рассеяния (KP) [7, 8] указывают на при-
сутствие конформации Α-типа, которое становится особенно заметным
при понижении температуры до 0—5 °С и увеличении концентрации
соли. Эти данные трудно интерпретировать иначе, чем в рамках моде-
ли типа [5]. Однако оказывается, например, что в тех же условиях,
когда в спектрах КР [7] еще заметна полоса 816 см - 1 , которую отно-
сят к СЗ'-endo конформации, по данным ЯМР [6] все сахара в струк-
туре poly(dA) :poly(dT) находятся в C2 /-endo конформации. С другой
стороны, хотя интерпретация спектров резонансного КР, данная в [8],
предполагает, что внутрицепочечные взаимодействия между аденина-
ми в двуспиральном poly (dA) : poly (dT) соответствуют Α-подобной
конформации адениновой цепи, такой подход не кажется убедитель-
ным, ибо в конкретных гетерономных и негетерономных структурах
все межадениновые стэкинги близки к таковым в В-ДНК (рис. 3 и
рис. 5 в [5]) .
При всех отмеченных неоднозначностях нельзя, тем не менее,
утверждать, что гетерономная структура типа предложенной в работе
[5] не может реализоваться в определенных условиях в растворе. Из
работы [5] во всяком случае следует, что такая структура стерически
приемлема. Разница в энергиях между В-формой и такой, гетероном-
ной, формой в случае poly(dA) : poly(dT) может быть невелика, хотя,
как было показано выше (см. Результаты), из рентгеноструктурного
эксперимента с волокнами Na-poly(dA) : poly (dT) в действительности
следует структура гораздо менее гетерономная, с практически одина-
ковыми сахаро-фосфатными цепями В-типа.
193 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4
Значения конформационных параметров (в градусах) Са- и Na-poly(dA) : poly(dT)
(для сравнения приведены параметры гетерономной модели Na-poly(dA) : poly(dT)
и модели В-ДНК из работы [5])
The values of the conformational parameters (degrees) of Ca- and Na-poly(dA) :
: poly(dT). Those of heteronomous model and B-DNA [5] are given for comparison
Параметры
Са-ро-
ly(dA):
:poly(dT)
Na-poly(dA):poly(dT) Гетерономная
модель [5]
в-днк;
Параметры
Са-ро-
ly(dA):
:poly(dT)
ApA TpT ApA TpT
в-днк;
Конформации остова
— 170 —141 С4'—СЗ7—ОЗ7— Ρ 177 178 169 — 170 171 —141
СЗ7—ОЗ7—Ρ—057 — 107 — 107 — 101 —59 — 121 —157
ОЗ7—Р—ОБ'—С57 —44 —44 —58 —60 —41 - 3 3
Ρ—ОБ7—СБ7—С47 183 178 196 172 — 174 138
ОБ7—СБ7—С47—СЗ' 40 43 46 54 43 33
СБ7—С47—СЗ7—ОЗ7 138 133 143 81 152 142
017—С17—N9—С47 —111 — 110 — - 1 5 1 — —99
017—С17—N1 —С27 — 111 — — 113 — —93 —99
Конформация сахара
- 2 5 —36 С47—017—С17—С27 —27 —32 —25 9 - 2 5 —36
01'—С І7—С27—СЗ' 37 39 37 - 3 5 42 46
С17—С27—СЗ7—С47 —33 —30 —36 43 —42 —38
С2'—СЗ7—С47—017 16 11 20 - 4 0 29 19
СЗ7—С47—017—С17 7 13 3 21 —3 10
Внутрисахарные валентные углы
107 С47—017—С17 109 109 109 107 109 107
017—С Г—С27 106 106 106 106 106 104
СІ'—С2'—СЗ' 102 102 102 103 98 99
С27—СЗ7—С47 104 104 103 96 103 103
СЗ7—С47—017 106 106 106 108 104 106
Двугранный угол между плоскос -
тями оснований — 19 —20 -29 - 1 3
Параметры полученных структур Ca- и Na-poly(dA) : poIy(dT)
хорошо согласуются с данными для кристаллов олигонуклеотидов [14].
При общей близости этих структур к классической В-ДНК их прежде
всего отличают весьма значительный пропеллер и отрицательный на-
клон пар оснований (рис. 2). Не исключено, что эти различия могут
проявляться на границах между А—Т-последовательностью и случай-
ной последовательностью, например в форме изгибов в Д Н К [15, 16].
В природных Д Н К (в том числе в их функциональных участках)
встречаются достаточно протяженные (до десятков пар) отрезки
( d A ) n : (dT)n . Их особая структура подтверждается данными ряда ра-
бот [17—19]. Дополнительная стабилизация структуры poly (dА) :
rpoly(dT), позволяющая ей сохранять свои особенности в различных
условиях, может возникать вследствие особой организации раствори-
теля, важная роль которого отмечалась в работах [1, 20, 21].
Кальциевая соль poly (dA) : poly (dT) представляет собой первый
пример структуры ДНК, детально исследованной в волокнах в виде
соли двухвалентного противоиона. Нами была изучена также кальцие-
вая соль природной ДНК, структурные особенности которой повторяют
особенности структуры литиевой В-ДНК [12]. Волокна как натриевой
[5], так и кальциевой солей poly(dA) : poly(dT) исследовали при близ-
ких относительных влажностях, они отличались только типом проти-
воиона, поэтому причины отличий, которые наблюдаются в их упаков-
ке и структуре, обусловлены только различной организацией их ион-
но-гидратных оболочек. Дальнейшее выяснение этого вопроса требует
более детальных сведений о положении ионов натрия и кальция в ука-
занных структурах.
194 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4
STRUCTURE OF THE CALCIUM SALT
OF POLY(dA) : POLY(dT) AS REVEALED
BY THE X-RAY DIFFRACTION ANALYSIS IN FIBRES
D. G. Alexeev, A. A. Lipanov, I. Ya. Skuratovsky
Institute of Molecular Genetics, Academy of Sciences of the USSR, Moscow
S u m m a r y
Fibre X-ray diffraction study of the calcium salt of poly(dA) :poly(dT) has resulted in
a model of this polynucleotide which is a ten-fold double helix with the pitch of 3.23 nm.
Antiparallel sugar phosphate chains are fully equivalent in the model, deoxyribose con-
formation being close to C2'-endo (δ = 138°), and it may be regarded as member of
B-family structures. A revised structure of Na-poly (dA) : poly(dT) is suggested, which
is also of the B-type and with the highly similar opposite chains.
1. Structure of the B-DNA cationic shell as revealed by an X-ray diffraction study of
CsDNA/V. N. Bartenev, Eu. I. Golovanov, K. A. Kapitonova et a l . / / B . Mol.Biol.—
1983.—169, N 1.—P. 217—234.
2. Локализация ионов Cs+ в структуре Α-формы Д Н К / А . А. Липанов, Д. Г. Алек-
сеев, В. Н. Бартенев и др. / / Биофизика.— 1986.— 31, № 2.—С. 336—338.
3. Скуратовский И. Бартенев В. Н. Исследование структуры магниевой и литиевой
солей ДНК фага Т2 методом дифракции рентгеновских лучей//Молекуляр. био-
логия.— 1978.—12, № 6.—С. 1359—1375.
4. X-ray diffraction and EXAFS studies of the calcium salts of polymeric poly(dA) :
: poly(dT) and natural DNA / D. G. Alexeev, L. I. Volkova, I. Ya. Skuratovskii,
S. S. Hasnain / / Third int. conf. on water and ions in biol. systems: Abstracts.—
Bucharest, 1984.— P. 205.
5. Heteronomous DNA / S. Arnott, R. Chandrasekaran, I. H. Hall, L. C. Puigjaner / /
Nucl. Acids Res.— 1983.—11, N 12.— P. 4141—4155.
6. Sarma Μ. H., Gupta G., Sarma R. Η. Untenability of the heteronomous model for
poly(dA) : poly(dT) in so lu t ion / / J . Biomol. Str. Dyn.— 1985.—2, N 6.—P. 1057—
1084.
7. Thomas G. Α., Peticolas W. L. Fluctuations in nucleic acfds conformations / / J. Amer.
Chem. Soc.— 1983.—105, N 4.— P. 993—996.
8. The poly(dA) strand of poly(dA) : poly(dT) adopts an Α-form in solution: UV re-
sonance Raman study / B. Jolles,, A. Laigle, L. Chinsky, P. Y. Turpin / / Nucl. Acids
Res.—1985.—13, N 6.— P. 2075—2085.
9. Вайнштейн Б. К. Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах.— М. : Нау-
ка, 1963—371 с.
10. Smith P. J С., Arnott S. LALS: a linked-atoms least-squares resiprocal-space refine-
ment system incorporating stereochemical restrains to supplement sparse diffraction
d a t a / / A c t a Crystallogr.— 1978.—A34, N 1.—P. 3—11.
11. Бартенев В. Η., Каменева Η. Г., Липанов А. А. Статистические стереохимические
модели гибких олигонуклеотидов / / Материалы. 6-го симпоз. по конформац. измене-
ниям биополимеров в растворах.— Тбилиси, 1985.— С. 99.
12. The molecular configuration of deoxyribonucleic acid / R. Langridge, D. A. Marvin,
W. E. Seeds et al. / / J. Мої. Biol.— I960.—2, N 1.— P. 19—64.
13. Hamilton W. C. Significance tests on the crystallographic R- fac tor / /Acta crystal-
logr.— 1965.—18, N 4.—P. 502—510.
14. Reversible bending and helix geometry in a B-DNA dodecamer/A. V. Fratini,
M. L. Корка, H. R. Drew, R. E. Dickerson/ / J . Biol. Chem.— 1982.—257, N 24.—
P. 14686—14707.
15. Diekmann S., Wang J. C. On the sequence determinants and flexibility of the kineto-
plast DNA fragment with abnormal gel electrophoretic mobilities / / J. Мої. Biol.—
1985.—186, N 1.—P. 1—11.
16. Hagerman P. J. Sequence-dependent curvature of the helix axis of D N A / / F o u r t h
conversation in biomol. stereodyn.: Abstracts.— Albany, 1985.— P. 100—101.
17. Peck L. JWang J. C. Sequence dependence of the helical repeat of DNA in solu-
t ion/ /Nature .— 1981.—292, Ν 5821.— P. 375—378.
18. Kunkel G. R., Martinson H. G. Nucleosomes will not form on double-stranded RNA
or poly(dA) : poly(dT) tracts in recombinant D N A / / N u c l . Acids Res.—1981—9,
N 24.— P. 6869—6888.
19. Goodman Т. C., Klein R. DWells R. D. Effects of neighboring DNA homopolymers
on the biochemical and physical properties of the Escherichia coli lactose promoter / /
J. Biol. Chem.— 1982.—257, N 21.—P. 12970—12978.
20. Drew H. R., Dickerson R. E. Structure of a B-DNA dodecamer. Geometry of hydra-
t i o n / / J . Мої. Biol.— 1981.—151, N 3.—P. 535—556.
21. Chuprina V. P. Regularities in formation of the spine of hydration in the DNA mi-
nor groove and its influence on the DNA s t ruc tu re / /FEBS Letters.— 1985.—186,
N 1.—P. 98—102.
Ин-т молекуляр. генетики АН СССР, Москва Получено 21.01.86
195 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА, 1986, т. 2, № 4
|