Энергия сверхспирализации

Одним из эффектов такого рода выглядит недавно обнаруженная в ДНК бактерий сверхспирализация — аномальное скручивание спирали, при котором ее витки похожи на лист Мёбиуса. Оценки необходимых затрат энергии показывают, что излишний (или недостающий) виток спирали на каждые 200 пар оснований стоит примерно 9 ккал/моль, так что возможны заметные физиологические проявления — скажем, сверхспирализация остановит рост бактерий. [c.16]

Два фермента обеспечивают высокую избирательность инициации синтеза ДНК, ограничивая инициацию репликации только ориджином. Это топоизомераза I и РНКаза Я, избирательно гидролизующая РНК в составе гибридных дуплексов с ДНК-Действие этих фер.ментов направлено против гибридных ДНК—РНК-участков, которые могут случайно образоваться на ДНК при транскрипции и послужить затравками для начала синтеза ДНК. Возможная роль в этом процессе РНКазы Н очевидна она способна непосредственно гидролизовать РНК во всех таких участках. Что касается роли топоизомеразы I, то необходимо отметить, что гибриды ДНК— РНК образуются лишь в том случае, если ДНК сверхспирализована (образование гибридного дуплекса снимает часть избыточной энергии сверхспирализации), причем сверхспирализована достаточно сильно, чтобы локальные нарушения нормальной вторичной структуры ДНК могли способствовать гибридизации с РНК- Топоизомераза I может релаксировать сверхспиральную ДНК лишь в том случае, если она сверхспирализована отрицательно и достаточно сильно, т. е. в условиях, способствующих возникновению на ДНК упомянутых локальных нарушений вторичной структуры. Таким образом, можно думать, что одна из функций этого ( рмента состоит в поддержании нормальной вторичной структуры ДНК, препятствующей ее гибридизации с РНК и образованию затравки. В мутантах Е. oli по РНКазе Н (ген rnh) или по топоизомеразе I (ген [c.62]

Хромосомная ДНК, как правило, сверхспирализована. Как это было впервые показано в лаборатории Георгиева в 1982 г. (Лучник и Бакаев), сверхспирализация ДНК играет важную роль в биологической активности генома. Различные нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК конкурируют за упругие витки и энергию сверхспирализации, поглощая их в конформационных переходах. Было установлено напряженное состояние ДНК в транскрипционно-активном хроматине вируса 8У40. Конформационные изменения, связанные с этими напряжениями, имеют прямое значение для регуляции генов. Сверхспирализация генома изменяется при дифференцировке, старении и элока-чественной трансформации клеток. [c.257]

В действительности интерпретация рис. 21.11 несколько сложнее, но результат тот же самый. Нативный образец (рис. 24.11, ) гетерогенен по т, и наиболее вероятная форма содержит на несколько сверхвитков меньше, чем ее топоизомер с максимальной наблюдаемой сверхспирализацией. Условия в геле в случае, который иллюстрирует рис. 24.11, >1, дают высокое разрешение при достаточно высоких значениях плотности сверхвитков. Это позволяет получить хорошее разрешение для распределения (по топоизомерам) сверхспирализованных молекул в нативном образце, но не в релаксированном. При других условиях в геле наблюдается некоторое распределение сверхспирализованных форм и в полностью релаксированном образце (рис. 24.11, Б). Это не артефакт использования фермента, размыкающего и замыкающего цепи ДНК, поскольку при разрезании одиночных цепей ДНКазой и последующем сшивании их лигазой получается тот же результат. Релаксированный образец должен содержать молекулы с т = О, 1, 2,.. . (рис. 24.12). Так как свободная энергия сверхспирализации равна Вт , то больцмановское распределе- [c.406]

С функциональной точки зрения важно, что сверхспирализован-ная ДНК обладает значительным запасом энергии по сравнению с ее релаксированной формой. Спедовательно, локальное расплетание двойной спирали ДНК с отрицательными сверхвитками будет приводить к сбросу напряжения сверхспирализации, и потому лно энергет. чески выгодно. Это отчетливо проявляется в том, что отрицательная сверхспирализация заметно стимулирует переход ДНК нз правой В-формы в левую Z-форму. Действительно, уже при обычных физиологических условиях участки с последовательностями d( G) -d ( G)n и d(A ) -d(GT) , встроенными в ДНК с 0,06, переходят в левоспиральную Z-фор.му. Есть веские свидетельства [c.32]

Функцию раскручивания (расплетения) двойной спирали ДНК в репликационной вилке, происходящего за счет энергии гидролиза АТФ, выполняет специфический гер-белок, названный хеликазой (мол. масса 300000). Образовавшиеся на определенное время одноцепочечные участки ДНК служат в качестве матрицы при репликации и стабилизируются при помощи особых белков, связывающихся с одноцепочечной ДНК (ДНК-связывающие белки) и препятствующих обратному комплементарному взаимодействию цепей ДНК (мол. масса 75600). В связи с этим их иногда называют дестабилизирующими двойную спираль белками. Имеются, кроме того, особые ферменты топоизомеразы (у прокариот одна из них названа ДНК-гиразой), которые играют особую роль в сверхспирализации, обеспечивая как репликацию, так и транскрипцию ДНК. Эти ферменты наделены способностью не только создавать супервитки, но и уничтожать суперспирализацию путем сшивания образующихся разрывов или разрезания ДНК. Наконец, открыты специальные ферменты, редактирующие ДНК, т.е. осуществляющие вырезание и удаление ошибочно включенных нуклеотидов или репарирующие повреждения ДНК, вызванные физическими или химическими факторами (рентгеновское излучение, УФ-лучи, химический мутагенез и др.). [c.480]

Начался планомерный поиск топоизомераз. И вот в 1976 г. группа Мартина Геллерта (Национальный институт здравоохранения, США) обнаружила фермент, который при помощи АТФ — этого универсального аккумулятора энергии в клетке, производит действие, обратное тому, что проделывает белок, открытый Уонгом. Этот фермент, названный гиразой, превращает расслабленную несверхспирализован-ную зкДНК в сверхспираль. И вот тут-то выяснилось, что если вывести из строя гиразу, то самые важные процессы в клетке, в частности репликация ДНК, полностью прекращаются. Стало ясно, что сверхспирализация — жизненно важное для клетки состояние ДНК. [c.93]

В изучении кольцевых ДНК и сверхспирализации метод гель-электрофореза дал столь же много, как и в определении ДНКовых последовательностей. Было сделано множество тонких измерений, позволивших определить важнейшие характеристики зкДНК. Именно с помощью гель-электрофореза была точно определена энергия, которая может быть запасена в ДНК с помощью сверхспирализации. [c.101]

Рассмотрим термодинамику сверхспирализации и то, как она сказывается на связывании ДНК с лигандами. Прежде всего заметим, что и замкнутой, и открытой релаксиро-ванным формам должна (по определению) отвечать одна и та же величина свободной энергии и они должны содержать одно и то же количество связанного лиганда. Это означает, что образование разрыва в одной из цепей или, наоборот, сшивание цепи в этом месте (см. рис. 24.7) должны сопровождаться лищь незначительными изменениями и или конформационной свободной энергии. [c.400]

В отсутствие лигандов сверхспирализованные молекулы обладают большей свободной энергией, чем открытые формы двойной спирали. Доказательством тому служит тот факт, что при образовании разрыва в одиночной цепи сверхспирализация спонтанно исчезает, при этом молекула переходит в релаксированное состояние. Ббльшая величина свободной энергии в этом случае является результатом уменьшения энтропии при переходе ДНК в более компактную и более упорядоченную сверхспирализованную форму, а также увеличения энтальпии из-за появления напряжений и деформаций в структуре молекулы. Так как при < = О нативная сверхспиральная молекула находится на более высоком энергетическом уровне, чем эквивалентная ей во всем остальном открытая форма ДНК, то отсюда с необходимостью следует, что при V < свободная энергия связывания всякого лиганда, способного уменьшать число сверхвитков, должна быть меньше для сверхспира- [c.400]

Релаксирующие топоизомеразы (например, со-белок Es heri hia oli) понижают степень сверхспирализации без затраты энергии и принимают участие в инициации репликации. По современной класификации их называют топоизомеразы I. [c.82]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология