Химическая структура нуклеиновых кислот

Задание 2

Канонические и неканонические пары с участием гуанина

Гуанин образует каноническую Уотсон-Криковскую пару с цитозином (Рис. 3), в которой азотистые основания связаны тремя водородными связями. Помимо этого, гуанин также может образовывать пару с урацилом (тимином), что происходит, например при взаимодействии третьего нуклеотида кодона мРНК и первого нуклеотида антикодона тРНК (wobbling). Можно было бы также предположить взаимодействие гуанина с аденином с образованием двух водородных связей, однако в ДНК подобное взаимодействие практически не встречается, поскольку геометрия пары пурин-пурин значительно отличается от геометрии классических пар пурин-пиримидин.

Для азотистых оснований характерна кето-енольная и амино-имино таутомерия. Гуанин в енольной форме способен образовывать пару с кето-формой тимина, и кето-форма гуанина способна образовывать пару с енольной формой цитозина (Рис. 4). Подобные взаимодействия могут приводить к транзициям. Также можно предложить пару между гуанином в кето-форме и гуанином в енольной форме, однако такое взаимодействие вряд ли можно обнаружить в ДНК из-за отличной от классической геометрии данной пары.

Помимо Уотсон-Криковских взаимодействий для азотистых оснований в составе нуклеотидов возможны Хугстиновские взаимодействия (Рис. 5), в которые вовлечен N7 атом пурина, пуриновый нуклеотид при этом может находиться в син-конформации (обычно в ДНК нуклеотиды находятся в анти-конформации).

Хугстиновские взаимодействия наблюдаются в H-форме ДНК, образующейся в кислой среде и представляющей собой тройную спираль, а также в G-квадруплексах (Рис. 6).

В результате окисления гуанина может образовываться его производное - 8-оксогуанин. Данное основание в нуклеотидах, находящихся в син-конформации, может образовывать пару не только с цитозином, но и с аденином (Рис. 7), что может привести к трансверсии.