Порядок зацепления и сверхспирализация кольцевых замкнутых двухцепочечных

В отличие от открытых форм в кольцевой замкнутой двухцепочечной ДНК сушествуют топологические ограничения. Порядок зацепления (алгебраическое число пересечений одной цепью воображаемой поверхности, натянутой на другую цепь) должен оставаться неизменным (т.е. является топологическим инвариантом). Это приводит к тесной взаимосвязи между локальной плотностью витков двойной спирали и тенденцией ДНК образовывать сверхвитки. Оказалось, что сверхспирализация встречающихся в природе кольцевых замкнутых ДНК отрицательна и реализуется в третичной структуре в форме левых тороидальных или правых взаимно переплетенных сверхвитков, а во вторичной — в форме уменьшения плотности витков двойной спирали Добавляя агент типа этидия, связывающийся с ДНК путем интеркаляции, можно постепенно снять эти сверхвитки, т.е. перевести ДНК в релаксированное состояние. Дальнейшее связывание этидия с ДНК приводит к появлению в последней положительных сверхвитков. Зная величину угла, на который раскручивается ДНК при связывании с одной молекулой этидия, можно рассчитать среднее число сверхвитков, приходящееся на молекулу ДНК в данном препарате. Молекулы ДНК с одним и тем же значением молекулярной массы, но с различным числом сверхвитков можно разделить посредством электрофореза в геле. Сверхспирализация превращает ДНК в чрезвычайно чувствительную систему, способную преобразовывать локальные структурные изменения в молекуле в значительные структурные изменения всей молекулы в целом. [c.440]

Помимо витков двойной спирали, т.е. витков вторичной структуры, кольцевой замкнутый комплекс из двух цепей может включать витки третичной структуры, входящие в число так называемых витков сверхспирализации, или сверхвитков, которые мы определим ниже. Чтобы понять, что это означает, давайте внимательно проследим за ходом мысленного эксперимента, иллюстрацией к которому служит рис. 24.4, А. Витки в структуре двойной спирали ДНК закручены вправо. Это означает, что в каком бы направлении вы ни следовали вдоль цепей двойной спирали, цепи сообщают удаляющейся точке вращение по часовой стрелке. Предположим, что мы взяли линейную двухцепочечную ДНК с числом витков, равным /3, и расплели один виток. Если мы замкнем ДНК в кольцо, то это будет кольцевая молекула, в которой один из витков вторичной структуры оказывается расплетенным, и порядок зацепления теперь равен /3-1. Можно поступить по-другому. Допустим, что мы крепко зажали концы линейной ДНК и повернули один иэ зажимов по часовой стрелке на один оборот, не расплетая витков вторичной структуры. Такая ДНК свернется в петлю. Это происходит ввиду наличия топологических ограничений, которые возникли из-за того, что мы зажали концы ДНК когда кисти ваших рук поворачиваются, стремясь раскрутить спираль ДНК, она отвечает тем, что сворачивается в петлю, следуя направлению вращения зажимов. (Читателю, который в этом сомневается, мы рекомендуем проделать этот опыт с куском бельевой веревки или резинового шланга.) Если мы соединим теперь концы ДНК, не давая ей при этом раскручиваться, и образуем из нее кольцевую форму, то в результате получим замкнутую двойную спираль с порядком зацепления /3 — 1. [c.389]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология