23S-рРНК большой субчастицы бактериальной рибосомы
Лекция 2
СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Топологические проблемы замкнутых |
|
двуцепочечных молекул ДНК |
|
• |
Непрерывно замкнутые |
|
кольцевые двуспиральные |
|
ДНК: бактериальная |
|
хромосома, плазмидная ДНК, |
|
митохондриальная ДНК. |
• |
Две цепи непрерывно |
|
замкнутых кольцевых |
|
двуспиральных ДНК не могут |
|
быть разделены в |
|
пространстве. |
• |
Молекулы ДНК могут |
Разрыв |
формировать скрепленные |
одной |
белками петли, не имеющие |
нити |
|
(nick) |
свободных концов |
|
(независимые домены |
|
кольцевой ДНК прокариот, |
|
петли хромосом эукариот), |
|
которые с точки зрения |
|
топологии идентичны |
|
кольцевым ДНК. |
Замкнутая кольцевая ДНК
• Кольцевые ДНК характеризуются числом
зацеплений двух комплементарных одноцепочечных колец (linking, L), равным числу пересечений одной цепи с другой (числу пересечений одной цепью поверхности, натянутой на вторую цепь).
В кольцевой ДНК L – величина постоянная (инвариантая).
•Число витков (twist, T) равно числу пар оснований, деленному на число пар оснований, приходящихся на 1 виток ДНК (В В-форме ДНК на виток приходится 10 пар оснований, в А-форме – 11 пар оснований, в Z-форме – 12 пар оснований).
•Число витков T = 20
•Число зацеплений L = 20 Релаксированная форма ДНК
Сверхспирализация ДНК
|
|
Скрепленные белками |
Замкнутые двуспиральные ДНК могут |
|
|
|
петли линейной |
|
находиться в такой конформации, когда двойная |
|
|
|
хромосомной ДНК, не |
|
спираль сворачивается далее в более |
|
имеющие свободных |
компактную структуру. Такая конформация |
|
|
|
концов, тоже могут быть |
|
называется сверхспирализацией |
|
|
|
в сверхспирализованной |
|
(суперспирализацией) ДНК. |
|
|
|
форме |
|
|
|
|
|
|
Сверхспирализованная форма Релаксированная форма
Кольцевая ДНК
Сверхспирализация кольцевой ДНК
•Сверхспирализация – топологическая характеристика конформационного состояния замкнутых двуцепочечных ДНК, при котором двойная спираль сворачивается далее в более компактную структуру.
•Без сверхспирализации число зацеплений двух цепей ДНК (linking, L) = числу витков (twist, T).
•Количественной характеристикой сверхспирализации являются число сверхвитков (writhing, W; W = L - T) и плотность сверхвитков (σ = W/T). В сверхспирализованной ДНК плотность сверхвитков отличается от нуля.
•Сверхспирализация может быть положительной (в направлении правой спирали) и отрицательной. Для ДНК in vivo характерна отрицательная сверхспирализиция ДНК («недокрученная» ДНК).
•Топологические ограничения состоят в том, что порядок зацепления двух комплементарных цепей должен быть строго неизмененным. Эти топологические ограничения немедленно снимаются после разрыва хотя бы одной из цепей. Поэтому особые свойства кольцевой замкнутой ДНК исчезают не только при переводе ее в линейную форму, но и при образовании т.н. «открытой» кольцевой формы, т. е. формы, в которой одна из нитей разорвана, а вторая остается замкнутой в кольцо.
Сверхспирализация кольцевой ДНК
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
|
|
|
|||
|
инвариантно |
|
|
|
|
|
|
|
|
в кольцевой |
|
|
|
|
|
|
|
|
ДНК. |
|
|
|
|
|
|
|
|
L=T+W |
|
|
|
|
|
|
|
|
∆L=∆T+∆W |
|
|
|
|
|
|
|
|
Релаксиро- |
Сверхспирализо- |
|
Локально |
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ванная ДНК |
ванная «недокру- |
|
раскрученная |
|
|
Число зацеплений: |
|
ченная» ДНК |
|
ДНК |
|||
|
|
|||||||
|
L (linking) |
L=40 |
L=36 |
|
L=36 |
|||
|
Число витков: |
Т=40 |
T=40 |
|
T=36 |
|||
|
T (twist) |
|
||||||
|
Число сверхвитков: |
|
|
|
|
|||
|
W (writhe) |
W=0 |
W= -4 |
|
W=0 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Степень сверхспирализации ДНК характеризуется плотностью сверхвитков.
Плотность сверхвитков σ = W/T; на схеме σ=-4/40=-0,1; В реальных ДНК σ=-1/20=-0,05 (1 сверхвиток на 200 п.о.)
Структура сверхспиралей ДНК |
a.Положительная сверхспираль (передний сегмент ДНК пересекает задний сегмент слева направо) - в направлении правой спирали, «перекрученная» ДНК
b.Отрицательная сверхспираль (передний сегмент ДНК пересекает задний сегмент справа налево) – недокрученная ДНК
c.Положительная сверхспираль в бактерии при репликации
