Порядок зацепления цепей ДНК

Кольцевая замкнутая (КЗ) форма типична для ДНК простейших, а также для цитоплазматической ДНК животных. Большинство вирусных ДНК в ходе заражения клеток проходят стадию КЗ-формы. Эта форма представлена на рис. 7.27. Как легко видеть, каждая из двух комплементарных цепей двойной спирали замкнута, и в результате цепи оказываются зацепленными. В КЗ-форме ДНК возникают топологические ограничения, состоящие в том, что порядок зацепления двух комплементарных цепей строго ограничен. Эти ограничения, конечно, исчезают при разрыве хотя бы одной из цепей. [c.254]

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]

Важнейший параметр каждой кольцевой ковалентно замкнутой молекулы ДНК — порядок зацепления двух одноцепочечных колец, в ней. Он обозначается как Lk (или а) и в первом приближении равен числу пересечений одной полинуклеотидной цепи с другой в двуспиральном кольце (рис. 18). Lk, таким образом, имеет целочисленные значения. Самое важное, L/г — величина постоянная (инвариантная) для данной ковалентно замкнутой кольцевой ДНК-Если такая ДНК находится в так называемом релаксированном состоянии, т. е. без всякого напряжения может быть расположена в одной плоскости, то Lk=Tw, где Tw (обозначаемое также Р ) равно числу витков в двойной спирали данной ДНК. [c.31]

КЗ-форма характеризуется порядком зацепления — топологическим инвариантом. Порядок зацепления двух комплементарных цепей Ьк — алгебраическое число пересечений одной цепью поверхности, натянутой на вторую цепь. В случае, изображенном на рис. 7.27, Ьк = 9 в реальных случаях Ьк имеет порядок 10. Величина [c.254]

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]

Допустим для наглядности, что простые контуры, находящиеся в зацеплении, расположены так, что один из них целиком лежит в плоскости. Порядок зацепления а. равен по определению алгебраическому числу пересечений одним контуром поверхности, натянутой на другой контур. На рис. 24,3, А — В показано, что а равен также половине числа кажущихся пересечений двух контуров друг с другом, если смотреть на них в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой лежит один из них. Теперь рассмотрим двойную спираль, в которой имеется /3 витков (рис. 24.3, Г)- Допустим, что одна цепь уже расположена надлежащим образом, и проследим за тем, что происходит, когда мы навиваем вторую цепь на первую так, что образуется двойная спираль. С каждым витком спирали вторая цепь должна проходить сквозь кольцо, образованное первой цепью. При этом получается одно зацепление на один виток. Можно подойти к этому по-иному. Рассмотрим участок двойной спирали, изображенный на рис. 24.3, Д. С каждым витком спирали проекции двух ее цепей на любую плоскость, параллельную оси спирального участка, пересекаются дважды. Используя любой из этих подходов, нетрудно видеть, что в случае лежащей на плоскости замкнутой кольцевой двойной спирали, в которой имеется /3 спиральных витков, а = /3. [c.388]

Теперь становится понятно, почему в щелочной среде не может произойти разделения цепей высокомолекулярных кольцевых замкнутых двухцепочечных ДНК. Когда порядок зацепления выражается в тысячах, всякая попытка освободить одну цепь от другой приведет к образованию запутанного клубка. Порядок зацепления для любой замкнутой двойной цепи — величина постоянная. Ее можно изменить, лишь разорвав одну из двух кольцевых цепей. [c.389]

Рассуждая таким образом, мы видим, что две формы ДНК, изображенные на рис. 24.4, А, имеют один и тот же порядок зацепления, и поэтому их можно переводить друг в друга, не разрывая цепей. Реальная ДНК в такой ситуации может существовать как равновесная смесь этих двух форм и многих других с таким же порядком зацепления. Основная задача, которая стоит перед биофизиком, состоит в том, чтобы определить, какие формы термодинамически выгодны, а затем попытаться объяснить это наблюдение. [c.389]

Воспользуемся равенством (24.1) и проанализируем опыт по щелочной денатурации обыкновенной замкнутой двухцепочечной ДНК. Если взаимодействие между парами оснований устранить посредством депротонирования, то между двумя цепями будут действовать силы отталкивания, вызывающие локальное расхождение цепей. Это приведет к некоторому раскручиванию двойной спирали. В результате такого раскручивания ]8 уменьшится, но это означает, что должно увеличиться, чтобы порядок зацепления а не изменился. Если перед добавлением щелочи был равен нулю, то увеличение будет означать, что появились правые тороидальные или левые переплетенные витки третичной структуры. По мере их накопления структура будет все более и более скручиваться (см. рис. 24.4, Б). Образование такой коллапсированной третичной структуры приведет к значительному увеличению коэффициента седиментации. [c.395]

Важнейший параметр каждой кольцевой ковалентно замкнутой молекулы ДНК — порядок зацепления двух одноцепочечных колеа в ней. Он обозначается как Lk (или а) и в первом приближении равен числу пересечений одной полинуклеотидной цепи с другой двуспиральном кольце (рис. 18). Lk, таким образом, имеет целочисленные значения. Самое важное, Lk—величина постоянная (инвариантная) для данной ковалентно замкнутой кольцевой ДНК- [c.31]

Итак, если мы превратили ДНК в кольцевую замкнутую молекулу, то созданный в ней порядок зацепления двух нитей не может измениться, что бы мы ни делали с молекулой, пока сахаро-фосфатные цепи, образующие хребет каждой из комплементарных цепочек, остаются целыми и невредимыми. Благодаря этому обстоятельству замкнутые кольцевые (зк) ДНК обладают совершенно особыми свойствами, резко отличающими их от линейных молекул. Самое главное заключается в том, что в зкДНК может быть запасена впрок энергия в виде так называемых сверхвитков. [c.90]

Фигура рис. О похожа на фигуру рис. Н разница только в том, что в последней отсутствует кручение участка ленты, идущего вдоль оси цилиндра. Поэтому Т = —2sine. Однако осевые лииии лент у фигур Я и О расположены в пространстве одинаково, следовательно, W в обоих случаях равен 2(1 -I- sin S). Таким образом, мы можем вычислить порядок зацепления для фиругы О по формуле L = Т + W = +2. Это то же значение L, что у фигуры рис. Я, т.е. эти две формы можно перевести друг в друга без разрыва цепи. Преимущество подхода с использованием райзинга состоит в том, что он позволяет нам без особого труда рассчитать характеристики структур, подобных той, что изображена иа рис. О. Ои показывает также, что порядок зацепления будет определяться тем, как мы соединим концы клубка, превращая его из открытой структуры в замкнутую. [c.394]

Важная характеристика замкнутой кольцевой ДНК-ее порядок зацепления L (от англ. linking). Число L указывает, сколько раз одна цепь пересекает другую цепь, если их спроецировать на плоскость. Число L должно быть целым. Кручение Т (от англ. twisting) и величина суперспирализации W oT англ. writhe) связаны между собой уравнением [c.21]

Порядок зацепления-топологическая характеристика она может изменяться, лишь когда в одну или в обе цепи кольцевой ДНК вносятся разрывы. Действительно, быа и выделены ферменты, которые каталитически изменяют величину L. Каталитическую активность таких топоизомераз легко выявить с помошью гель-электрофо-реза, так как суперспирал изо ванная ДНК более компактна и поэтому имеет большую подвижность, чем релаксированная ДНК (рис. 2424). [c.21]

Для ЖК эластомеров выше Гпр справедливы те же соотношения напряжение — деформация, что и для обычных каучуков. Поскольку в ЖК состоянии ЖК порядок связан со свойствами сетки, при расчете свободной энергии деформации начинают с рассмотрения анизотропии сеток. Следовательно, как конфор-мационные свойства цепей, так и энергетические взаимодействия следует рассматривать с учетом направления. Это предполагает использование для описания упругих свойств статистики анизотропных цепей и анизотропного вклада флуктуационных узлов и зацеплений. Как показал Де Жен для ЖК полимеров с мезогенными группами в основных цепях [32], скольжение зацеалений осуществляется преимущественно в направлении, параллельном предпочтительному, и ограничено в перпендикулярном ему направлении. Это применимо и к гребнеобразным ЖК эластомерам. В последнем случае необходимо учитывать влияние боковых групп на скольжение цепей. Как было рас- [c.382]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология