Роль комплементарных взаимодействий в осуществлении биологической функций днк

Аденин (A), пурин одной цепи, расположен точно напротив тимина (T), пирамидина другой цепи. Точно так же цитозин (C, пиримидин) лежит напротив гуанина (G пурин). Это обеспечивает своего рода замковое соединение между пурином большого размера и пиримидином малого размера.Это усиливается появлением водородных связей между ними. Три водородные связи происходят между цитозином и гуанином (C = G) в положениях 1’-1 ’, 2′-6 ′ и 6′-2 ′. Между аденином и тимином существуют две такие водородные связи (A = T), которые образуются в положениях 1’-3 ′ и 6′-4 ′. Водородные связи возникают между водородом одного основания и кислородом или азотом другого основания. Поскольку специфические и разные азотистые основания встречаются на двух цепях ДНК, последние являются комплементарными.Таким образом, последовательность, скажем, AAGCTCAG одной цепи будет иметь комплементарную последовательность TTCGAGTC в другой цепи. Другими словами, две цепи ДНК не идентичны, а дополняют друг друга. Это из-за специфического спаривания оснований с пурином, лежащим напротив пиримидина. Это делает две цепи толщиной 2 нм.Пара оснований пурин-пурин сделает его толще, а пара оснований пиримидин-пиримидин - уже 2 нм. Кроме того, A и С или G и T не спариваются, потому что они не могут образовывать водородные связи между ними. 5'-конец каждой цепи несет фосфатный радикал, в то время как 3'-конец содержит сахарный остаток (З’-ОН).Подобная направленность цепей имеет важное биологическое значение при репликации и транскрипции молекулы ДНК.Две нити не намотаны друг на друга, но вся двойная нить (ДНК-дуплекс) намотана вокруг общей оси, как футляр для веревочной лестницы, сплошные ступеньки которого скручены в спираль. Из-за спирального скручивания ДНК-дуплекс имеет два типа чередующихся бороздок: большую (22 Å) и минорную (12 Å).Рисунок 2−Схематическое изображение двойной спирали ДНК.а - по Уотсону и Крику: с - остаток дезоксирибозы, р - остаток фосфорной кислоты; б - А-форма ДНК; в - В-форма ДНКНеобходимо указать, что конфигурация двойной спирали ДНК сильно меняется в зависимости от количественного содержания воды и ионной силы окружающей среды. В настоящее время есть основание считать, что между А- и В-формами ДНК осуществляются взаимные переходы при изменении концентрации соли и степени гидратации. В-форма ДНК больше всего подходит к модели Уотсона и Крика.В B-ДНК один виток спирали имеет около 10 нуклеотидов на каждую цепь ДНК. Он занимает расстояние около 3,4 нм (34 или 3,4 × 10-9 м), так что соседние нуклеотиды или их основания разделены пространством около 0,34 нм (0,34 × 10-9 м или 3,4 Å). Функции ДНК В этих переходах, которые могут быть вызваны растворителями или белками, очевидно, заключен определенный биологический смысл. Предполагают, что в А-форме ДНК выполняет роль матрицы в процессе транскрипции (синтез РНК на молекуле ДНК), а в В-форме – роль матрицы в процессе репликации (синтез ДНК на молекуле ДНК).A-аденин, G-гуанин, C-цитозин, T-тимин Схематическое изображение двуспиральной молекулы ДНК.ЗАКЛЮЧЕНИЕТаким образом, принцип комплементарности – это важнейший фундаментальный принцип, благодаря которому молекула ДНК способна выполнять функции репликации, хранения наследственной информации и сборки белка.Функции ДНК прямым или косвенным образом завися от структурной комплементарности азотистых оснований. Количество ДНК в клетках постоянно, так как самосборка ДНК происходит по механизму «Позитив-негатив», то есть всегда сохраняется процентное соотношение между аденином и тимином, а также гуанином и цитозином. Структура белковых молекул не меняется со временем, так как благодаря комплементарности сохраняется порядок реализации генетической информации в течение жизни организма. Также генетическая информация в клетках организма остается стабильной и неизменной, что способствует поддержанию признаков живого в данной форме материи.Эпохальное открытие принципа комплементарности нуклеиновых кислот позволило проникнуть в тайны нетолько тонкой структуры этих биополимеров, но и механизмов синтезаи воспроизведения биологических макромолекул. Одна из основных функций любого наследственного материала - копирование и наследование. Чтобы создать новое поколение, генетическая информация должна быть точно продублирована и затем передана. Структура ДНК гарантирует, что информация, закодированная в каждой цепи полинуклеотида, реплицируется с удивительной точностью. Структурные компоненты нуклеиновыхкислот выполняют, кроме того, функции кофакторов (коэнзим А, уридиндифосфатглюкоза и др.), аллостерических эффекторов, входят в составкоферментов (никотинамидадениндинуклеотид, флавинадениндинуклеотиди др.), принимая тем самым непосредственное участие в обмене веществ,а также в аккумулировании (накоплении), переносе и трасформации энергии.Вышеперечисленные функции выполняются также при участиии явления комплементарности, так как ферментативные реакции работают по механизму «ключ-замок». Они являются предшественниками вторичных посредников (мессенджеров) – циклических мононуклеотидов (цАМФ и цГМФ), выполняющихважную функцию в передаче внутриклеточных сигналовСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВCation Binding by Macrocycles. Ed. byY. InoueandG. W. Gokel.NewYork :MarcelDekker, 1990. – Р. 760.Овчинников Ю. А., Иванов В. Т., Шкроб А. М. Мембраноактивныекомплексоны.  М. : Наука, 1974.  385 с. Бокий Г. Б., Порай-Кошиц М. А. Рентгеноструктурный анализ. М. :Наука, 1964. – 489 с. “Photochromism: Molecules and Systems”. Eds. by Dürr H., Bouas-LaurentH. – Amsterdam : Elsevier, 1990. – P. 1068.Willner, I., Rubin, S. “Control of the Structure and Functions of Biomaterialsby Light” // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1996. V. 35. P. 367-385.Gutsche C. D. Calixarenes. Cambridge: Royal Society of Chemistry. 1989.P. 223. Connors K. A. “The Stability of Cyclodextrin Complexes in Solution” //Chem. Rev. – 1997. – V. 97. – P. 1325-1357. 202 Schneider H.-J., Hacket F., Rudiger V. “NMR Studies of Cyclodextrins andCyclodextrin Complexes” // Chem. Rev. – 1998. – V. 98. – P. 1755-1785.25. Harada A. “Cyclodextrin – Based Molecular Machines” // Acc. Chem. Res. 2001. – V. 34. – P. 456-464. Jahan M., Safari N., Khosravi H., Moghimi A., Notash B. « Crown etherappended porphyrins and metalloporphyrins: Synthesis, characterization andmetal ions interaction» // Polyhedron.  2005. – V. 24. - P. 1682–1688.Biesaga M., Pyrzynska K., Trojanowicz M. “Porphyrine in analytical chemistry. Review”// Talanta. 2000. – V. 51. – P. 209-224.Boyd P. W., Reed C. “Fullerene Porphyrin Constructs”// Acc. Chem. Res. –2005. V. 38. – P. 235-242.