суперспирализация

Другой возможный результат суперскручивания - это образование крестообразных структур в участках ДНК, содержащих палиндромы. Для поддержания крестообразной структуры необходимо значительное количество энергии-порядка AG = -f 18 ккал/моль. Однако еще большая энергия активации расходуется на разрушение двойной спирали, необходимое для образования структуры креста примерно AG = -f 50 ккал/моль. При физиологических условиях эта реакция протекает также очень медленно. В действительности кажется, что степень суперспирализации, нужная для образования структуры креста, может оказаться намного больше той, которая реально встречается в живой клетке. [c.33]

Двухцепочечные ДНК прокариот, имеющие кольцевую ковалентно-замкнутую форму, образуют левые (-) суперспирали. Суперспирализация прежде всего необходима для упаковки громадной молекулы ДНК в малом объеме клетки. Например, ДНК Е. соИ имеет длину более 1 мм, в то время как длина клетки не превышает 5 мкм. Помимо этого, суперспирализация ДНК, облегчающая ее расплетение, обеспечивает начало репликации и транскрипции (рис. 14.5). [c.182]

Третичная структура ДНК эукариотических клеток также образуется путем суперспирализации, но не свободной ДНК, а ее комплексов с белками хромосом. [c.182]

Приведенные экспериментальные данные относятся к обычно исследуемой в растворе линейной, незамкнутой ДНК. У вирусов, а также в клетках бактерий на некоторых стадиях их развития обнаруживается кольцевая замкнутая форма ДНК. В такой ДНК, представляющей собой обычную двойную спираль, каждая из комплементарных нитей является непрерывной замкнутой на себя. Поэтому полное число оборотов одной нити относительно другой не может меняться ни при каких изменениях условий, сохраняющих целостность сахаро-фосфатного остова обеих нитей. Проведенные исследования показали, что при комнатной температуре двойная спираль кольцевой ДНК закручена как целое в суперспираль (с плотностью один виток суперспирали на 120—300 пар оснований) противоположного знака, т.е. в левую. При нагревании происходит тепловое расширение кристалла ДНК и уменьшение степени закрученности двойной спирали. Это приводит к уменьшению суперспирализации. При дальнейшем нагревании происходит раскручивание двойной спирали и образование суперспирали того же знака (правой). Иными являются и характеристики плавления кольцевой замкнутой ДНК. Температура плавления такой ДНК приблизительно на 20° выше, чем для линейной молекулы (см. рис. 4.6). Это происходит потому, что расплавленные нити в кольцевой молекуле остаются закрученными относительно друг друга и энтропия расплавленного состояния меньше, чем для линейной молекулы. Кроме того, ширина интервала плавления замкнутой кольцевой ДНК в 2—3 раза больше, чем ширина интервала плавления линейной молекулы. [c.75]

Суперспирализации влияет на структуру двойной спирали [c.33]

Отрицательная суперспирализация — введение в двухцепочечную ковалентно замкнутую ДНК супервитков, направление которых противоположно направлению витков цепей молекулы. [c.464]

Энергия, необходимая 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 ккал/моль. Значит, реально существующий уровень суперспирализации соответствует количеству энергии, которое может обеспечить расплетание только совсем немногих пар оснований. [c.33]

Чем длиннее отрезок, содержащий дуплеты q , тем легче он превращается в Z-форму. Например, для конверсии отрезка из 32 дуплетов нужна плотность суперспирализации — 0,05, тогда как конверсия 14 дуплетов происходит при плотности — 0,07. Из этого следует, что относительно больше энергии требуется для инициации превращения В-формы ДНК в Z-форму, тогда как отно- [c.33]

В соответствии с этими результатами свободная энергия, необходимая для перехода В-формы ДНК в Z-форму, складывается из двух значений AG в точке перехода, равной 7,7 ккал/моль, и AG на каждую донолнительную нару оснований, равной 0,45 ккал/моль. Количество необходимой энергии представляет собой величину такого же порядка, что и энергия, обеспечиваемая отрицательной суперспирализацией. Таким образом мы видим, что суперспирализация потенциально представляет собой значительную силу, способную оказывать влияние на структуру двойной спирали. [c.33]

Как и у белков, структуру ДНК можно значительно исказить путем внесения дополнительных супервитков (суперспиралей). Чтобы получить такой эффект, к одному нз концов цепи необходимо приложить крутящий момент. Так, если взять слегка скрученное свободно провисающее резиновое кольцо и закрутить его сильнее (как это делают при подготовке к полету аэромоделей), произойдет положительная суперспирализация. Аналогичная ситуация — образование положительных (или отрицательных) суперспиралей (третичная спирализация) — может иметь место и в ДНК. Суперспирали часто встречаются в кольцевых молекулах ДНК. При закручивании нормального двуспирального комплекса (дуплекса) общее число оборотов а (the winding number) одной нити относительно другой равно числу витков во вторичной структуре р, которое соответствует ненапряженному спиральному дуплексу (т. е. структуре Уотсона — Крика), плюс число супервитков t [c.139]

Интеркаляция часто используется для оценки степени отрицательной суперспиральности молекул ДНК- Добавляя возрастающие количества интеркалирую-щего агента, следят за тем, как изменяется константа седиментации (или другие свойства) ДНК- По мере возрастания степени интеркаляции происходит раскручивание витков вторичной структуры ДНК [р в уравнении (2-14)]. Каждое интеркалирую-щее кольцо вызывает раскручивание спирали на —26°. Поскольку для замкнутого ковалентного дуплекса значение а [уравнение (2-14)] постоянно, понижение р при возрастании интеркаляции ведет к увеличению т. Когда интеркаляция достигнет уровня, при котором т повысится до О, будет наблюдаться минимальная скорость седиментации. Дальнейшее добавление интерка-лирующего агента приведет к положительной суперспирализации. [c.141]

Суперспирализация а-спирали энергетически выгодна, поскольку упаковка боковых цепей способствует образованию дополнительных благоприятных вандерваальсовых контактов между а-спиралями. Если взаимодействующие боковые цепи гидрофобны, то уменьшение свободной энергии такой структуры будет особенно эффективным, поскольку, располагаясь вдоль оси суперспирали, в этом случае боковые цепи экранированы от контактов с молекулами растворителя. Действительно в тропомиозине [222] и а-кера-тине 212], аминокислотные последовательности которых известны, положения and внутри суперспирали заняты гидрофобными остатками (рис. 5.11, в). Полярные остатки обычно располагаются на внешней поверхности, в положениях Ь, с к f. В тропомиозине положения eng часто заняты заряженными остатками, которые образуют солевые мостики с находящимися напротив остатками g и е соответственно. [c.99]

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]

КЗ ДНК в клетке. Без суперспирализации не происходит репликация ДНК. В клетках существует специальный фермент (ДНК-гираза), создающий указанную отрицательную суперспирализа-цию. При такой суперспирализации в ДНК облегчается образование расплетенных участков, в которых комплементарные цепи не закручены относительно друг друга. Наличие расплетенных участков уменьшает напряжение в двойной спирали и повышает ее сродство к РНК-полимеразе и т. д. [c.255]

Циклические ДНК и суперспирализация. Многие двухцепочечные ДНК в природе являются циклическими плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ДНК многих вирусов и бактерий. Такие ДНК. как правило, существуют в суперспиральном состоянии. При этом двойная спираль закручивается сама на себя, как показано на рисунке 196, количество витков образующейся суперспирали зависит от внешних условий. Суперспирализация циклических ДНК приводит к сильному изменению физических свойств молекулы, в особенности гидродинамических и электрофоретических. В клетках суперспирализация осуществляется особыми ферментами, которые для бактерий сравнительно хорошо изучены и называются ДНК-гнразами (или топоизомеразами И). Другие ферменты — топоизомеразы 1 — могут уменьшать число супервитков в кольцевых молекулах, давая набор изомеров с различным числом витков. [c.341]

При суперспирализации ДНК приобретает скрытую коифор-мационную энергию. влняюш,ую на любой процесс, происходящий с изменением числа виткоа двойной спирали. Благодаря этому некоторые ферменты, вызывающие локальное расплетание ДНК (иапример, РНК-полимеразы. см. ниже), связываются с отрицательно суперспирализованнон ДНК более эффективно. Другим следствием суперспирализации является реальная возможность образования участков вторичной структуры, которые термодинамически невыгодны и практически не суц ствуют в линейной или релаксирован-иой циклической ДНК. [c.342]

Суперспирализация ДНК (кислые белки, полиамины) Поликристаллизация мембранных липидов и стабилизация мембран [c.91]

Известно, что ДНК вируса полиомы обладает необычной структурой это одновременно кольцевая и суперспнрализованная молекула (фиг. 45, а). Предполагается, что суперспирализация таких молекул объяс- [c.213]

Третичная структура ДНК эукариот также проявляется в многократной суперспирализации молекулы, однако в отличие от прокариот она осуществляется в составе комплексов ДНК с белками (нуклеопротеины). Основная нуклеопротеиновая структура, содержащая ДНК, — это хроматин (дезоксирибонуклеопротеин). Структурная организация хроматина сложна и изучена далеко не полностью. Примерно V3 массы хроматина приходится на белки, остальное количество — на ДНК. Кроме того, в состав хроматина входит до 10 % РНК. Половина всех белков хроматина — это гистоны. На электронно-микроскопических фотографиях хроматина легко можно рассмотреть образования, напоминающие бусы. Каждая бусина содержит 8 молекул гистонов и намотанную на них (примерно полтора витка) молекулу ДНК длиной около 150 нуклеотидных пар. Такую структуру называют нуклеосомой (рис. 8.9). При таком способе укладки длина молекулы ДНК уменьшается примерно в 7 раз по сравнению с вытянутой спирализованной молекулой. [c.277]

Устранение суперспирализации молекул ДНК осуществляют свивела-зы, илирелаксирующие белки. Затем при участии ДНК-полимеразы синтезируются новые полинуклеотидные цепи. Фермент катализирует связывание мононуклеозидтрифосфата со свободной концевой группой З -ОН цепи ДНК, и таким образом, синтез происходит в направлении от 5-конца к З -концу полинуклеотидной цепи. Поэтому на одной из цепей репликативной вилки новая цепь синтезируется непрерывно по мере раскручивания ДНК-матрицы. В активном центре всех ДНК и РНК-полимераз [c.350]

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 Z-фopмy, на это потребуется меньше энергии, если ДНК находится в состоянии отрицательной суперспирали. Так, степень спирализации может влиять на равновесие между разными структурами. Действительно, было обнаружено, что отрицательно суперспирализованная ДНК проявляет склонность к изменениям такого рода. [c.32]

А. Кольцевая ДНК без суперспирализации. Б. Отрицательно суперспирализованная ДНК. В. Отрицательная суперспирализация может привести к разделению цепей. [c.32]

Изменения структуры ДНК in vivo происходят не спонтанно-они осуществляются в таких условиях, при которых на структуру ДНК налагаются различные ограничения. Некоторые из этих воздействий приводят к отрицательной суперспирализации. [c.33]

Введение отрицательных супервитков требует затраты энергии. Суперспирализованная молекула обладает боль-щей энергией благодаря наличию супервитков. Следовательно, супервитки можно рассматривать как форму запасания энергии. Таким образом, если в структуре ДНК нужно произвести какое-то изменение, требующее энергии, в случае отрицательно суперекрученной ДНК понадобится затратить меньше энергии. Практически это означает, что отрицательная суперспирализация может влиять на стабильность структуры. Суперспирализованная ДНК может подвергаться структурным изменениям в таких условиях, при которых релаксированная ДНК остается без изменений. [c.33]

Одним из таких изменений является разделение цепей, облегчаемое недокрученностью молекул с отрицательной суперспирализацией. Излишек энергии, которым обладают отрицательно суперспирализованные молекулы, может быть использован для разделения цепей ДНК. [c.33]

Можно ли количественно измерить эффект отрицательной суперспирализации Все исследованные геномы проявляют некоторую отрицательную суперспирализацию. В типичном случае in vivo один отрицательный супервиток приходится на каждые 200 пар оснований, что соответствует плотности суперспирализации - 0,05. Этому значению равно количество энергии около [c.33]

Крайним случаем раскручивания правосторонней двойной спирали является ее превращение в левостороннюю спираль. Именно это происходит при переходе В-формы ДНК в Z-форму. Действительно, отрицательно суперспирализованная ДНК более предрасположена к переходу в Z-форму, чем релаксированная ДНК. В кольцевой молекуле ДНК, содержащей блоки повторов G, их переход в Z-форму при физиологических концентрациях соли происходит лишь в том случае, если плотность отрицательной суперспирализации достигает критического значения. Когда С-остатки метилированы, для такого перехода требуется меньшее число отрицательных супервитков. [c.33]

Поскольку РНК-полимеразе необходимо нарушить структуру ДНК, образование открытых комплексов и транскрипция быстрее протекают на отрицательно су-перспирализованной кольцевой ДНК, чем на линейной. То напряжение, которое возникает в двойной спирали в результате суперспирализации, облегчает расплетание двух цепей. Это может иметь важное значение для инициирования транскрипции по крайней мере на некоторых промоторах (гл. 11). Поскольку образование промоторов предполагает разделение цепей ДНК, то открытый комплекс между голоферментом и ДНК менее стабилен в условиях низкой температуры и высокой ионной силы, тог- [c.134]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология