Hoogsteen basepar - Hoogsteen base pair

Kjemiske strukturer for Watson – Crick og Hoogsteen A • T og G • C+ basepar. Hoogsteen-geometrien kan oppnås ved purinrotasjon rundt den glykosidiske bindingen (χ) og basisflippen (θ), og påvirker samtidig C8 og C1 ′ (gul).

Et Hoogsteen-basepar er en variant av baseparring i nukleinsyrer som A • T-paret. På denne måten kan to nukleobaser , en på hver streng, holdes sammen av hydrogenbindinger i hovedsporet. En Hoogsteen basepar gjelder N7 posisjonen av purin base (som en hydrogenbinding akseptor) og C6 aminogruppe (som en donor), som binder den Watson-Crick (N3-C4) flaten av pyrimidin- basen.

Historie

Ti år etter at James Watson og Francis Crick publiserte sin modell av DNA -dobbeltspiralen, rapporterte Karst Hoogsteen en krystallstruktur av et kompleks der analoger av A og T dannet et basepar som hadde en annen geometri enn den som ble beskrevet av Watson og Crick. På samme måte kan en alternativ baseparringsgeometri forekomme for G • C-par. Hoogsteen påpekte at hvis de alternative hydrogenbindingsmønstrene var tilstede i DNA, ville dobbelheliksen måtte anta en ganske annen form. Hoogsteen-basepar observeres i alternative strukturer som de firestrengede G-quadruplex- strukturene som dannes i DNA og RNA.

Kjemiske egenskaper

Hoogsteen -par har ganske forskjellige egenskaper fra Watson - Crick -basepar . Vinkelen mellom de to glykosidbindingene (ca. 80 ° i A • T -paret) er større og C1′ – C1 ′ avstanden (ca. 860 pm eller 8,6 Å) er mindre enn i den vanlige geometrien. I noen tilfeller, kalt omvendt Hoogsteen basepar , roteres den ene sokkelen 180 ° i forhold til den andre.

I noen DNA -sekvenser, spesielt CA og TA dinukleotider, eksisterer Hoogsteen basepar som forbigående enheter som er tilstede i termisk likevekt med standard Watson - Crick basepar. Påvisning av de forbigående artene krevde bruk av NMR -teknikker som først nylig er blitt brukt på makromolekyler.

Hoogsteen -basepar er observert i protein -DNA -komplekser. Noen proteiner har utviklet seg til å gjenkjenne bare en basepar-type, og bruker intermolekylære interaksjoner for å flytte likevekten mellom de to geometriene.

DNA har mange funksjoner som tillater dens sekvensspesifikke gjenkjenning av proteiner. Denne anerkjennelsen ble opprinnelig antatt å hovedsakelig innebære spesifikke hydrogenbindende interaksjoner mellom aminosyresidekjeder og baser. Men det ble snart klart at det ikke var noen identifiserbar en-til-en-korrespondanse-det vil si at det ikke var noen enkel kode å lese. En del av problemet er at DNA kan gjennomgå konformasjonsendringer som forvrenger den klassiske dobbelthelixen. De resulterende variasjonene endrer presentasjonen av DNA -baser til proteinmolekyler og påvirker dermed gjenkjenningsmekanismen.

Ettersom forvrengninger i dobbeltspiralen i seg selv er avhengige av basesekvens, er proteiner i stand til å gjenkjenne DNA på en måte som ligner måten de gjenkjenner andre proteiner og små ligandmolekyler, dvs. via geometrisk form (i stedet for den spesifikke sekvensen). For eksempel kan strekninger av A- og T-baser føre til innsnevring av den mindre sporet av DNA (den smalere av de to sporene i den dobbelte helixen), noe som resulterer i forbedrede lokale negative elektrostatiske potensialer som igjen skaper bindingssteder for positivt ladede argininamino- syrerester på proteinet.

Triplex strukturer

Base triader i en DNA trippel helix struktur.

Denne ikke-Watson – Crick-baseparringen lar de tredje trådene sno seg rundt dupleksene, som er satt sammen i Watson – Crick-mønsteret , og danner trippelstrengede spiraler som (poly (dA) • 2poly (dT)) og ( poly (rG) • 2poly (rC)). Det kan også sees i tredimensjonale strukturer for overførings-RNA , som T54 • A58 og U8 • A14.

Triple-helix baseparring

Watson-Crick basepar er indikert med et "•", "-" eller "." (eksempel: A • T eller poly (rC) • 2poly (rC)).

Hoogsteen trippelstrengede DNA- basepar indikeres med et "*" eller et ":" (eksempel: C • G*C+, T • A*T, C • G*G eller T • A*A).

Quadruplex strukturer

Hoogsteen-par tillater også dannelse av sekundære strukturer av enkeltstrenget DNA og RNA G-rike kalt G-quadruplexes (G4-DNA og G4-RNA). Det finnes bevis for både in vitro og in vivo dannelse av G4. Genomiske G4 -er har blitt foreslått for å regulere gentranskripsjon og på RNA -nivå hemme proteinsyntese gjennom sterisk inhibering av ribosomfunksjon. Den trenger fire trillinger av G, atskilt med korte avstandsstykker. Dette tillater montering av plane kvartetter som er sammensatt av stablet foreninger av Hoogsteen -bundne guaninmolekyler.

Se også

Referanser