Рис. 1. Сравнение хугстиновских пар A•T и C•G с уотсон-криковскими. Хугстиновская геометрия может быть достигнута либо вращением пуринов вокруг гликозидной связи (χ), либо переворачиванием основания (θ), влияющих одновременно на позиции C8 и C1 (обозначено жёлтым)
Ху́гстиновские па́ры (синонимы: ху́гстеновские па́ры, имидазо́льные па́ры[1]) — альтернативный вариант связывания нуклеотидов на комплементарных цепях нуклеиновых кислотДНК или РНК, соединённых с помощью водородных связей не по каноническому уотсон-криковскому связыванию оснований (A-, B- и Z-ДНК). Для хугстиновских пар две антипараллельные нуклеиновые цепи образуют водородные связи по большой бороздке. Пурины поворачиваются на 180° (Рис. 1). Хотя хугстиновские пары наблюдаются редко, в некоторых последовательностях ДНК, особенно в динуклеотидах 5'-CA-3' и 5'-TA-3'[2], они существуют в равновесии со стандартными уотсон-криковскими парами оснований.
Через десять лет после опубликования Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком модели двойной спирали ДНК Карст Хугстин (Karst Hoogsteen) продемонстрировал альтернативные кристаллические структуры для нуклеотидных пар А•Т и C•G[3].
Химические свойства
Поскольку хугстиновские пары образованы альтернативными водородными связями, они отличаются свойствами от уотсон-криковских пар. Например, угол между двумя гликозильными связями больше (80° для пары A•T), а расстояние C1′–C1′ — меньше, всего 8,2 Å, чем в обычной геометрии (10,1 Å).
G-квадруплексы
Рис. 2. Структура G-квадруплекса. Слева: G-квартет. Справа: межмолекулярный G-квадруплекс
G-квадруплексы (англ. G-quadruplex, G-tetrads или G4) являются последовательностью нуклеиновых кислот, которые обогащены гуанином и способны образовывать структуры из двух, трёх или четырёх цепей. Цепи нуклеиновых кислот из гуанозиновых олиго- и поли-нуклеотидов способны связываться друг с другом при наличии моновалентного катиона, например калия. С помощью дифракционного анализа было показано, что такие поли(G)-нити представляют собой новый тип укладки ДНК — четырёхцепочечную спираль, где четыре гуаниновых основания из разных цепей образуют плоскую структуру, удерживаемую G-G-парными взаимодействиями. Такие структуры отличаются высокой стабильностью в растворе и называются гуаниновыми (G)-квартетами, или G-тетрадами. Каждый G-квартет скреплен в сумме восемью водородными связями, образованными взаимодействием уотсон-криковской стороны одного гуанинового основания с хугстиновской стороной другого. G-квадруплексы могут быть также образованы короткими олигонуклеотидами с соответствующей последовательностью, которую можно схематически записать как GmXnGmXoGmXpGm, где m — количество гуанинов в G-блоке. Эти гуанины обычно непосредственно задействованы в образовании G-тетрад. Xn, Xo и Xp могут быть комбинацией любых остатков, включая G; такие участки формируют петли между G-тетрадами [4].
Тройная спираль
Рис. 3. Связи между тремя нуклеотидами в цепи ДНК из трёх цепей
Уотсон-криковские пары обозначены «•», например: A•T и C•G.
В тройной спирали хугстиновские пары отмечены как «*», например:
C•G*G+, T•A*T, C•G*G и T•A*A (рис. 3).
Рис. 4. 10 вариантов связываний пурин-пиримидиновых пар
↑Кантор Ч., Шиммел П.Биофизическая химия / Пер. с англ. под ред. А. А. Богданова, Ю. С. Лазуркина, М. Д. Франк-Каменецкого. — М.: Мир, 1984. — Т. 1. — С. 295. — 336 с.
↑Evgenia N. Nikolova, Eunae Kim, Abigail A. Wise, Patrick J. O’Brien, Ioan Andricioaei, Hashim M. Al-Hashimi.Transient Hoogsteen base pairs in canonical duplex DNA (англ.) // Nature : journal. — 2011. — Vol. 470. — P. 498—502.
