Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 11
Текст из файла (страница 11)
сахарофосфатный остов вдоль спирали. В отличие от этого остов В-формы ДНК образует плавно нзги- 2. Что такое геи? Биохимическая точка зрения "; 32.7 ь 36,0 6 38,6 — 30,0 А В С Х 11 1О 9~/з 12 2,56 3,38 3,32 3,71 я здка я мая реза а т-днк в.дик Таблнаа 2.! ДНК может существовать в виде структурных семейств нес колькин типов " Угол врагаенна показан знаком 1-!-) в случае прааосгоронпей спнралн н знаком !†) в случае левосзоронней сннралн. бающуюся линию, что хорошо видно на рнс. 2.11, где сравниваются В- и 7-формы ДНК.
Х-форма двойной спирали найдена в полимерах, образованных чередующимися пурин-пиримидиновыми последовательностями. Два исследованных полимера состояли из многократно повторенных линуклеотидиых пар: У ОС') ГАСчз ро!у-г)~ ) и ро!у-г)~ ) . (Буква «г(» указывает, что (, СОу)„(, Та,(„' зто дезоксиформы, т.е.
что это ДНК, а не РНК. Верхний и нижний ряды букв соответствуют двум цепям ДНК.) Х-форма существует только при очень высоких концентрациях соли (что объясняется необходимостью противостоять повьппенному электростатическому отталкиванию Рнс. 2.! !. 11уклснновые кислоты могут образовывать несколько типов двойной спирали. между нуклеотидами, сжатыми из-за уменьшения диаметра двойной спирали д.-ДНК). Вполне возможно, что с.-форма ДНК имеет определенное биологическое значение. Об этом свидетельствуют следующие данные: замена остатка С в полимере зг ОС чз ро!у-г1 ( ! на 5-метилцитозин значительно повы- (,СО/„ шает стабильность к.-ДНК при низкой концентрации соли. Еу!инственное различие между 5-Ме-С и С заключается в наличии метильной группы при С-5. Эта молификация цитозина происходит (п пгко в результате метилирования динуклеотидной последовательности СО в некоторых участках ДНК.
Отсюда вытекает„что У,-ДНК может существовать зп пгао при подходящих условиях, т.е. когда последовательность соответствующего состава окажется в условиях, способствующих образованию с;формы. До сих пор мы рассматривали ДНК как структуру совершенно изолированную. В действительности она связана с белками, которые могут оказывать значительное влияние на возможность перехода из В-формы в д.-форму. Например, ДНК, связанная с гистонами (основные хромосомные белки эукариотического ядра), не переходит из одной формы в другую в тех условиях, когда зто наблюдают у свободной ДНК.
Таким образом, одним из условий, необходимых для образования к.-ДНК зп пгго, Часть 1. Природа генетической информации ~4ч„ ,г ( -Ъ )~ э , Ъ~( 1~ ь г- Б по-видимому, является присутствие особых белков, стабилизирующих ее структуру. Является ли 7.-ДНК единственной левосторонней формой двойной спирали? Модели для левосторонних вариантов традиционных А-, В- и С-форм построены так, что, возможно, они и существуют.
Следует помнить, что все эти формы сохраняют самук~ существенную в биологическом смысле особенность двойной спирали; комплементарность спаривания оснований, определяющую специфичность соединения цепей. При построении моделей каждую форму ДНК рассматривают независимо как конструкцию, в которой находится вся молекула в определенных условиях. Но вряд ли это действительно имеет место (п Иго.
Большинство клеточной ДНК находится, по-видимому, в В-форме с определенными модификациями параметров спирали, варьирующими локально. И только отдельные короткие участки спирали переходят в другие формы. Возможно ли, чтобы переход из одной формы в другую происходил внутри одной и гпой же молекулы ДНК? При определенных условиях участок в 26 — 32 дуплетов ОС СО может переходить в Х-форму, тогда как участки ДНК с двух сторон остаются в классической В-форме.
Эти данные подтверждают идею о том, что конформационные переходы могут происходить (и Ичо в специфических участках. Получены антитела, способные отличать У-форму от В-формы ДНК. Эти антитела связываются с определенными хромосомами 0г. те)аподазгег. Реакцию ле|ко наблюдать нз-за необычно1о строения этих хромосом, у которых более плотные участки (диски) контрастируют с менее плотными (междисками) (см. гл. 28). Участки У-ДНК находятся в межднсках.
Из этого наблюдения следует, что 7-ДНК существуют в естественных условиях, хо.гя размер индивидуального отрезка У,-ДНК в хромосоме пока нс известен. Двойная спираяь может подвергаться суперсиирализаиии До сих пор мы говорили о ДНК как о линейной двухцепочечной 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 (см. гл. 28). Значение этой формы двойной спирали состоит в том, что она накладывает дополнительные ограничения на структуру. Если двухцепочечную ДНК скрутить вокруг оси двойной спирали, то можно получить 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. 2.12. В таком скрученном состоянии структура остается только в том случае, если нет свободных концов и раскручивание невозможно. В гл. 32 мы рассмотрим, каким образом измеряют супервитки и как они образуются в ДНК. Здесь нужно только напомнить, что всякий раз, когда образуется суперспираль, нить скручнвается относительно своей оси и чем больше супервитков, тем сильнее скручивание. Для резиновой полоски безразлично, в каком направлении мы ее закрутим с образованием супервитков.
(Оба края резиновой полоски одинаковы.) Однако двойная спираль †так уже скрученная структура (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 прогнив 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 лаже нарушиться спаривание оснований.
ДНК с отрицательными супер- витками называют иедокрученной (ппоегвоппг(). 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 7-форму, на это потребуется мепыие энергии, если ДНК находится в состоянии отрицательной суперспирали. Так, с~епень спирализации может влиять на равновесие между разными структурами.
Действительно, было обнаружено, что отрицательно суперспирализованная ДНК проявляет склонность к изменениям такого рода. Рпс 2.12. Ири суперспнрализапии двуспиральная молекула ДНК закручивается сама на себя. Разделение оснований снимает отрицательную суперспирализапию (сверхскручивание). А. Кольцевая дНК бчч суппрспирклизадии, И Оь рицдтпльно суперспирализованная ДНК. и.
Очрлдательнкя суперслираллзадия может привести к разделению цепей. 2. Что такое ген? Биохимическая точка зрения 33 Суперспирализация влияет на структуру двойной спирали Изменения структуры ДНК 1п чихо происходят не спонтанно-они осуществляются в таких условиях, при которых на структуру ДНК налагаются различные ограничения. Некоторые из этих воздействий приводят к отрицательной суперспирализации. Введение отрицательных супервитков требует затраты энергии.
Суперспирализованная молекула обладает большей энергией благодаря наличию супервитков. Следовательно, супервитки можно рассматривать как форму запасания энер1ни. Таким образом, если в структуре ДНК нужно произвести какое-то изменение, глребуюи)ее энергии, в случае отрицательно суперекрученной ДНК понадобится затратить меньгие энергии. Практически это означает, что отрицательная суперспирализация может влиять на стабильность структуры. Суперспирализованная ДНК может подвергаться структурным изменениям в таких условиях, при которых релаксированиая ДНК остается без изменений.
Одним из таких изменений является разделение цепей, облегчаемое недокрученностью молекул с отрицательной суперспирализацией. Излишек энергии, которым обладают отрицательно суперспирализованные молекулы, может быть использован для раздедения цепей ДНК. Можно ли количественно измерить эффект отрицательной суперспиралнзации? Все исследованные 1еномы проявляют некоторую отрицательную суперспирализацию. В типичном случае |п чгко один отрицательный супервиток приходится на каждые 200 пар оснований, что соответствует плотности суперспирализации — 0,05. Этому значению равно количество энергии около — 9 ккал?моль. Энер|ия, необхолимая для расплетения ДНК, зависит от последовательности пар оснований.
Это, по существу, величина, обратная количеству энергии, высвобождаемой при образовании двойной спирали. Таким образом, чтобы разделить 10 пар оснований, нужно затратить 12 — 50 ккал1моль. Значит, реально существующий уровень суперспирализации соответствует количеству энергии, которое может обеспечить расплетание только совсем немногих пар оснований. Крайним случаем раскручивания правосторонней двойной спирази является ее превращение в левостороннюю спираль. Именно это происходит при переходе В- формы ДНК в У,-форму.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
