Физико-химические свойства ДНК

1. Денатурация

Денатурация ДНК осуществляется при действии химических факторов (мочевина, гуанидинхлорид, кислота, щелочь) и физических факторов (температура). В результате денатурации происходит разрушение вторичной структуры ДНК. При снятии воздействия денатурирующего фактора вторичная структура ДНК может быть восстановлена. Это процесс носит название – ренатурация:

Денатурация, или плавление, ДНК сопровождается увеличением оптической плотности растворов ДНК при длине волны 260 нм. Данное явление получило название – гиперхромный эффект. Максимальное повышение оптической плотности раствора ДНК при полном распаде ее до мононуклеотидов при указанной длине волны приблизительно равно 80 %.

Молекула ДНК, состоящая только из поли-д(АТ), плавится при более низких температурах, чем молекула ДНК, состоящая из поли-д(ГЦ). Это связано с тем, что между А и Т образуются две водородные связи, а между Г и Ц – три водородные связи.

2. Температура плавления

Важнейшей характеристикой ДНК является ее температура плавления, которая соответствует той температуре, при которой увеличение оптической плотности раствора ДНК равна половине максимального ее увеличения, наблюдаемого при полной денатурации ДНК. Температура плавления ДНК, состоящей из поли-д(АТ), равна 66 ^оС, ДНК, состоящей из поли-д(ГЦ), – 85 ^оС. Природные ДНК имеют температуру плавления более 66 ^оС, но менее 85 ^оС, потому что в их состав входят все четыре азотистых основания, но в различных пропорциях у разных живых организмов. Так ДНК человека характеризуется температурой плавления, равной 81 – 82 ^оС, E.coli – 90, 5 ^оС.

При охлаждении раствора ДНК (отжиге) может происходить восстановление исходной вторичной структуры ДНК в соответствии с принципом комплементарности.

3. Гибридизация

Если смесь различных молекул ДНК вначале расплавить, а затем провести их отжиг, то при наличии сходства в их первичных структурах между молекулами ДНК возможна гибридизация.

Рисунок – Гибридизация между различными молекулами ДНК

 

Чем выше сходство между молекулами ДНК, тем выше степень гибридизации. На основании результатов гибридизации между ДНК различных видов живых организмов можно судить о их родстве. Чем выше степень гибридизации, тем ближе родство между анализируемыми видами.

Гибридизация также возможна и между молекулами ДНК и РНК, при условии наличия гомологичных нуклеотидных последовательностей.

Рисунок – Гибридизация между ДНК и РНК

 

4.Нуклеиновые кислоты сильно поглощают ультрафиолетовый свет, и это свойство лежит в основе определения их концентрации. С этим же свойством связан и мутагенный эффект ультрафиолетового света.

Организация ДНК эукариот

Длина молекулы ДНК эукариот многократно превышает размеры клетки. Для обеспечения протекания различных биологических процессов она должна соответствующим образом быть упакована. Существуют несколько уровней ее компактизации.

1. Голая ДНК – представляет собой двойную спираль, ее диаметр равен 1, 8 нм:

Такая ДНК обладает сверхчувствительностью к ДНКазам – ферментам, гидролизующим фосфодиэфирные связи.

2. Нуклеосомный уровень («бусы на ниточке»):

a) ДНК (около 160 п.н.) делает два витка вокруг нуклеосомы (кора);

b) нуклеосома содержит по две молекулы каждого из гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4, т.е. состоит из восьми молекул;

c) размер ДНК между нуклеосомами (линкерная ДНК) составляет около 60 п.н.

3. Супернуклеосомный уровень (30 нм – хроматиновая фибрилла):

Такая структура формируется в результате взаимодействия гистона Н1 с линкерной ДНК, ее диаметр равен 30 нм.

4. Хроматидный уровень (серия петельных доменов). В формировании такой структуры принимают участие ДНК-связывающие белки, они объединяют в петли 30-нм фибриллы, состоящие из 20000 – 100000 пар нуклеотидов, ее диаметр равен 300 нм:

5. Уровень метафазной хромосомы:

Такая структура формируется во время метафазы митоза. Происходит укорочение ДНК еще в 20 раз и уже толщина хроматиды составляет 700-900 нм. В хромосоме ДНК наиболее компактна.