Суперспирализация

До сих пор мы говорили о ДНК как о линейной двух-цепочечной молекуле. Однако ДНК может находиться в виде кольцевой молекулы или чего-то подобного. У мелких вирусов геном действительно представляет со­бой кольцевую ДНК, в которой обе цепи двойной спира­ли замкнуты в непрерывное кольцо. В бактериальном и эукариотическом геномах ДНК может находиться в ви­де больших петель. При этом важно следующее: каждая петля удерживается у основания таким образом, что опять не образуется свободных концов. Значе­ние этой формы двойной спирали состоит в том, что она накладывает дополнительные ограничения на структуру.

Если взяться за концы верёвки и начать скручивать их в разные стороны, она становится короче и на верёвке образуются «супервитки». Так же может быть суперскручена и ДНК. Если двухцепочечную ДНК скрутить вокруг оси двой­ной спирали, то образуются супервитки. В качестве аналогии обычно рассматривают полоску резины, скру­ченную вокруг своей оси и образующую напряженную структуру, в которой резиновая полоска (двойная спи­раль) местами образует крестообразные структуры. При этом возникают конформации, изображенные на рис.5. В таком скрученном состоянии структура остается только в том случае, если нет свободных концов и раскручивание невозможно.

В обычном состоянии цепочка ДНК делает один оборот на каждые 10,4 основания, но в суперскрученном состоянии спираль может быть свёрнута туже или расплетена. Выделяют два типа суперскручивания: положительное — в направлении нормальных витков, при котором основания расположены ближе друг к другу; и отрицательное — в противоположном направлении. В природе молекулы ДНК обычно находятся в отрицательном суперскручивании, которое вносится ферментами — топоизомеразами. Эти ферменты удаляют дополнительное скручивание, возникающее в ДНК в результате транскрипции и репликации.

Для резиновой полоски безразлично, в каком напра­влении мы ее закрутим с образованием супервитков. (Оба края резиновой полоски одинаковы.) Однако двойная спираль сама по себе является скрученной структурой (что видно из переплетения двух цепей), поэтому ее реакция на скручи­вание зависит от того, в какую сторону оно происходит.

Отрицательные супервитки закручивают ДНК вокруг ее оси против часовой стрелки в направлении, обратном правосторонней двойной спирали. Это в принципе озна­чает, что напряжение скручивания можно частично осла­бить, регулируя саму структуру двойной спирали. При этом может получиться форма с меньшим углом враще­ния на пару оснований, а местами может даже нарушить­ся спаривание оснований. ДНК с отрицательными супер­витками называют недокрученной (underwound). Крайним случаем служит локальный переход правосторонней спи­рали в левостороннюю.

Не следует забывать, что такие события не происхо­дят спонтанно в ДНК, а могут случаться только под влиянием внешних условий. Для простоты можно счи­тать, что в результате суперспирализации молекула при­обретает избыток энергии. Таким образом, если нужно произвести некоторые изменения в структуре ДНК, на­пример удержать какой-то участок в одноцепочечном со­стоянии в результате связывания его с белками или пере­вести его в какую-либо иную форму, например в Z-форму, на это потребуется меньше энергии, если ДНК находится в состоянии отрицательной суперспирали. Так, степень спирализации может влиять на равновесие между разными структурами. Действительно, было обнаружено, что отрицательно суперспирализованная ДНК проявляет склонность к изменениям такого рода. Крайним случаем раскручивания правосторонней двойной спирали является ее превращение в левостороннюю спираль. Именно это происходит при переходе В-формы в Z-форму. Отрицательно суперспирализованная ДНК более предрасположена к переходу в Z-форму, чем релаксированная ДНК.

А

Б В

Рис.5. При суперспирализации двуспиральная молекула ДНК закручивается сама на себя. Разделение оснований снимает отри­цательную суперспирализацию (сверхскручи­вание): А. От­рицательно суперспирализованная ДНК; Б. Кольцевая ДНК без суперспирализации; В. Отри­цательная суперспирализация может привести к разделению цепей.

Дата добавления: 2014-04-16; просмотров: 1138; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!