Сверхспирализация отрицательная

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]

Рис. 27-18. Кольцевая сверхспиральная ДНК, закрученная в результате отрицательных поворотов, т. е. поворотов, противоположных по направлению к закручиванию самой двойной спирали. Разрыв одной из цепей такой ДНК снимает сверхспирализацию и приводит к переходу кольцевой ДНК в релаксированную форму.

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]

Отрицательная сверхспирализация, наряду с крестообразными структурами, стабилизует и -форму ДНК. [c.257]

На рис. IX.22 изображена сверхспирализованная молекула ДНК, у которой двойная спираль правая, а сверхспирализация отрицательная (сверхспираль левая). [c.224]

Самый сильный аргумент в пользу того, что сверхспирализация играет биологическую роль, — это существование большого числа ферментов, влияющих на плотность сверхвитков, и тот факт, что после введения антибиотиков, отравляющих эти ферменты (или в бактериальных штаммах, в которых этих ферментов нет), нуклеиновые кислоты перестают нормально функционировать. Ферменты, которые изменяют плотность сверхвитков, получили общее название топоизомераз. Можно представить себе четыре типа такой ферментативной активности уменьшение или увеличение числа положительных или отрицательных сверхвитков. Естественно ожидать, что различные ферменты будут либо обладать одной из них, либо сочетать в себе несколько типов такой активности. Перечислим топоизомеразы, которые были выделены и охарактеризованы к настоящему времени. [c.408]

Топологические проблемы раскручивания и репликации ДНК. Процесс раскручивания двойной спирали в репликативной вилке порождает механические и топологические проблемы. В принципе расплетание линейной дуплексной ДНК может происходить благодаря вращению родительской спирали вокруг собственной оси (рис. 2.22). Однако вращение очень длинных цепей ДНК вокруг длинных же осей во внутриклеточном пространстве механически затруднено. При репликации замкнутых кольцевых ДНК расплетание цепей в вилке создает дополнительные проблемы. По мере раскручивания цепей степень отрицательной сверхспиральности сегаен-тов, находящихся перед вилкой репликации, постепенно уменьщается и в них возникает положительная сверхспирализация. Дальнейшее перемещение вилки вдоль кольца затрудняется и в конце концов блокируется. Это блокирование снимается путем внесения одноцепочечного разрыва. Тем самым образуется щарнир , который дает возможность нереплицироваиному дуплексу, находящемуся перед вилкой, вращаться вместе с ней (рис. 2.23). Такие разрывы вносятся в ДНК с помощью ферментов, имеющих общее название ДНК-топоизомеразы. [c.82]

Обычно сверхспирализованные молекулы принимают форму, показанную на рис. 23. Количественно сверхспирализация характеризуется величиной х = Ьк — N у . Подобно тому как самой двойной спирали приписывается определенный знак (положительный для правой спирали и отрицательный для левой), так и сверхспирализация может в принципе быть положительной или отрицательной. На рис. 23 двойная спираль правая, как и положено для ДНК, а сверхспирализация отрицательна. [c.91]

Другой пример влияния сверхспирализации на структурные превращения двойной спирали ДНК — образование крестообразных структур. Практически любая ДНК содержит инвертированные, или палиндромные, повторяющиеся последовательности длиной от нескольких п. о. до многих тысяч п. о. Теоретически можно представить себе превращение линейной двуспиральной формы палиндрома в крестообразную (рис. 19). Для релаксированной ДНК вероятность такого превращения ничтожна. Поскольку в ДНК с отрицательными сверхвитками этот переход энергетически выгоден, крестообразные формы in vitro обнаруживаются у всех исследованных сверхспирализованных ДНК с нормальной плотностью сверхвитков. (Экспериментально крестообразные структуры фиксируют по наличию однотяжевых петель в вершине шпилек , которые расщепляются нуклеазами, специфичными к однотяжевой ДИКО Вопрос о существовании крестообразных структур ДНК ш vito остается открытым. Скорость их юбразования очень мала, и, может быть, именно поэтому в клетке их еще никому не удалось обнаружить. [c.33]

Если ДНК содержит гомопиримидин — гомопуриновые последовательности, то под влиянием отрицательной сверхспирализации она может переходить в форму, показанную на рис. 20. Поскольку для последовательностей типа d (AG) d (СТ) такой переход происходил при пониженных значениях pH (а при pH 4,3 он наблюдается и при 0 = 0), она пол чила название Н-фор.мы. Наличием Н-фор- [c.33]

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]

В гомологичной рекомбинации могут принимать участие топоизомеразы. Например, создаваемая ДНК-гиразой отрицательная сверхспирализация заметно облегчает образование D-петель, поскольку последний процесс сни.чает механические напряжения, существующие в сверхспнральных молекулах. Действие топоизомеразы I в принципе позволяет цепям двух рекомбинирующих. [c.92]

Развертывание двунитевой спиральной структуры геликазами не создает каких-либо осложнений, если, как это представлено на рис. 50, концы ДНК свободны. Если же они закреплены, как это, бесспорно, имеет место в кольцевых ДНК и скорее всего у ДНК в хромосомах эукариот, то раскручивание двойной спирали создает в остальной части структуры сверхспирализацию. При этом, поскольку раскручивается правая спиргшь, возникает и постепенно усиливается положительная сверхспирализация. Это не может не сказываться на протекании процессов в вилке репликации и должно постепенно привести к торможению процесса в целом. Чтобы избежать этого, необходимо введение в сохранившуюся двуспиральную структуру отрицательных супервитков. Этот процесс осуществляется с по мощью еще одного специального фермента, играющего важную роль в процессе репликации, — ДНК-топоизомеразы II. Название связано с тем, что единственной функцией этого фермента является введение в двунитевзоо ДНК отрицатель- [c.181]

И вот тут-то на помощь приходит сверхспирализация. Ведь она возможна только в той ДНК, в которой обе нити на всем протяжении целы. А убедиться в наличии сверхспирали очень просто — в сверхспиральной ДНК гораздо легче развести две комплементарные цепочки, то есть раскрыть участок двойной спирали. Раскрытие подобно действию расплетающего белка — оно снимает напряжение в отрицательно сверхспирализованной ДНК. Итак, белку, которому поручен контроль, следует связаться с нужным участком ДНК (он узнает его по определенной последовательности нуклеотидов) и попробовать развести в этом месте нити. Если получилось, то с этого места быстро-быстро начинается репликация. Если развести нити не удалось, то придется подождать — ДНК еще не готова к воспроизведению. [c.95]

Конечно, сверхспирализация должна делать 2-форму более выгодной, так как изменение знака спирали из положительного на отрицательный в отрезке ДНК снимает напряжение в остальной части отрицательно сверхспирализованной молекулы. Поэтому вполне естественно предположить, что в сверхспирализованной ДНК участки, имеющие чередующуюся последовательность Г и Ц, будут переходить в 2-форму. Так ли это [c.138]

Райзинг открытой формы И должен оставаться в среднем равным нулю при любой концентрации этидия. Поэтому, связав молекул этидия на пару оснований, замкнутая форма двойной спирали превратится в структуру, райзинг которой также равен нулю, а ]8 = Рд. Следовательно, в ноль обращается и 7. В результате связывания с этидием Рд уменьшается. Поэтому, как это следует из формулы (24.16), исходное значение т у нативной формы 1 отрицательно, а витки третичной структуры — левые тороидальные либо правые переплетенные. При дальнейшем добавлении этидия концентрация его на ДНК (степень связывания) в конце концов превысит Это приведет к дальнейшему уменьшению /Зд, и теперь в соответствии с равенством (24.16) т должно принимать положительные значения (рис. 24.7). Этидий сначала ликвидирует исходную сверхспирализацию, а затем вызывает формирование новых сверхвитков с противоположным направлением закручивания. При достаточно больших концентрациях связанного этидия скорость седиментации комплекса перестает изменяться. Это может быть связано с двумя обстоятельствами. После образования определенного количества сверхвитков дальнейшее закручивание ДНК должно быть затруднено. Кроме того, модель с исключением мест связывания подразумевает наличие в ДНК лишь ограниченного числа потенциальных мест связывания с этидием. [c.398]

Все природные сверхспирализованные ДНК качественно ведут себя точно так же, как и образец, поведение которого иллюстрирует рис. 24.6. У всех этих ДНК в отсутствие этидия знак сверхспирализации один и тот же. Если вместо реакции с этидием использовать шелочное титрование, то наблюдается та же обшая картина изменения коэффициента седиментации это служит еше одним доказательством того, что т — величина отрицательная. [c.399]

Методом, который наиболее способствовал успеху подобных измерений, явился метод конструирования ДНК с заданным значением ор, а не те методы, в которых использовались готовые ДНК, выделенные из природных источников. Ранее мы упоминали, что ДНК-лигаза может сшивать разрывы в открытой кольцевой ДНК, превращая ее в замкнутую форму. Допустим, что еще до обработки лигазой произошло связывание этидия с открытой формой ДНК, при этом связывается v молей этидия на моль пар оснований. После сшивания разрывов в цепи этипий удалили. Ввиду существования топологических ограничений должны образоваться отрицательные сверхвитки. Из соотношения (24.3) получаем, что после удаления всего этидия плотность сверхвитков будет равна рф/36. Таким образом, выбрав величину v и обработав затем ДНК лигазой, мы можем получать замкнутые молекулы с любым наперед заданным значением отрицательной плотности сверхвитков в отсутствие всякого красителя. Располагая большим количеством исхолного материала, мы можем определить количество связанного красителя в ДНК, перед тем как превратить ее в замкнутую форму, путем прямых спектрофотометрических измерений, и, так как ДНК находится при этом в открытой форме, у нас не возникает никаких осложнений из-за влияния сверхспирализации на степень связывания. К сожалению, пока не существует аналогичного способа получения молекул ДНК с положительными значениями плотности сверхвитков при нулевой концентрации связанного красителя. [c.403]

Как указывалось в разд. 8.7.а, у эукариот хроматин представляет собой систему пегель разной длины, прикрепленных к белковому матриксу (рис. 8.107). Возможно, такая конфигурация обеспечивает независимость плотности сверхвитков в каждой петле от торсионного состояния соседних петель. Итересно, что ДНК-топоизомераза 11. фермент, ответственный за релаксацию сверхспиральной ДНК (разд. 2.1.е),-это один из основных белков хромосомного остова, к которому и прикреплены петли. Более того, сайты гиперчувствительности к ДНКазе I, сходные с участками регуляции транскрипции, часто проявляют чувствительность к нуклеазам, специфически расщепляющим одноцепочечные ДНК это наводит на мысль, что данные области находятся в доменах с отрицательной сверхспирализацией. Далее, топоизомераза 1, по-видимому, связывается с сайтами гиперчувствительности к нуклеазам. Влияние на транскрипцию (как положительное, так и отрицательное) соединений, интеркалирующих в ДНК или ингибирующих активность топоизомераз и в обоих случаях изменяющих степень сверхспиральности ДНК, тоже го- [c.139]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология