Третичная структура ДНК
Кристаллографические и физико-химические исследования нуклеиновых кислот показали, что двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали. Оказалось также, что ДНК может существовать не только в линейной, но и в кольцевой форме, двух- или одноцепочечной. Образование кольцевой формы молекул ДНК у бактерий или в митохондриях клеток эукариот обусловлено ковалентным соединением их открытых концов.
Третичная структура ядерной ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная спирализация ДНК сопровождается образованием комплексов с белками. Упаковка ДНК в ядре в виде хромосом приводит к ее компактизации. При образовании третичной структуры ДНК человека происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз.
При образовании третичной структуры нуклеиновых кислот возможно образование крестообразных структур, трех- и четырехнитевых участков спиралей.
В случае, когда полинуклеотидные цепи состоят из некоторых специфических последовательностей нуклеотидов, возможно образование других спиральных структур, отличных от классических двойных. Тройные спирали трехнитевых участков образуются благодаря так называемым Хугстиновским взаимодействиям, когда одновременно взаимодействуют три основания: АAT, ТAT, ГГЦ, ЦГЦ AAT, TAT, GGC, CGC. Аналогичным образом происходит образование тетрамерных участков ДНК. Биологическая роль трех- и четырехнитевых участков ДНК пока не выяснена. Имеются лишь предположения о том, что такие участки возникают в местах, наиболее ответственных за процессы репликации и транскрипции.
Были открыты формы ДНК, состоящие из участков трехцепочечной и одноцепочечной ДНК (Н-формы). Основным компонентом Н-формы плазмидной ДНК, содержащей гомопурин-гомопиримидиновые участки, является триплекс. Две гомопиримидиновые цепи взаимодействуют с гомопуриновой, образуя трехнитевой комплекс. При этом часть цепи ДНК укладывается назад в большой желобок двойной спирали, а ее вторая часть остается в одноцепочечном состоянии. H-форма ДНК может образовываться любой гомопурин-гомопиримидиновой последовательностью, являющейся зеркальным повтором (H-палиндромом).
Крестообразные структуры состоят из двух шпилек на регулярной двойной спирали ДНК. В природных двухнитевых ДНК часто встречаются палиндромные последовательности, обладающие осью симметрии второго порядка. Подобные обратные повторы могут служить основой для образования шпилек и способны образовывать симметричные крестообразные структуры. Если палиндромные области являются несовершенными, в шпильках крестообразной структуры могут появляться некомплементарные пары оснований или вытолкнутые из спиральных областей основания.
При соединении концов линейных молекул ДНК за счет ферментативного образования ковалентных связей между 3'- и 5'-концами полинуклеотидных цепей происходит образование кольцевой формы ДНК. Кольцевые молекулы ДНК обнаружены как у прокариот, так и в эукариотических организмах (например, в хлоропластах и митохондриях). Термин «кольцевая» относится не к геометрической форме молекулы ДНК, а означает ее непрерывность.
При замыкании полинуклеотидной цепи в кольцо возникает новое свойство, называемое супер- или сверхспирализацией. Ось двойной спирали ДНК может сама быть закручена в суперспираль (рис. 2.10). Обычно в ДНК встречаются положительные и отрицательные супервитки, образованные за счет скручивания двойной спирали по часовой или против часовой стрелки. Образование подобных супервитков катализируется специфическими ферментами – топоизомеразами. Суперспиральная (суперскрученная) структура обеспечивает компактную упаковку огромной молекулы ДНК. Наличие супервитков в молекуле ДНК обычно устанавливают по изменению константы седиментации в определенных условиях или по подвижности ДНК при электрофорезе.
Суперспирализация ДНК может быть нарушена разрывом фосфодиэфирных связей в одной из цепей или в обеих цепях двойной спирали под действием ДНКазы, а также при обработке интеркалирующими соединениями или при механических повреждениях. Кольцевая молекула ДНК без супервитков называется релаксированной.
Выделенные из клетки молекулы кольцевой замкнутой ДНК почти всегда имеют отрицательную суперспирализацию. Суперспирализация влияет на степень расплетания двойной спирали ДНК и ее взаимодействие с другими молекулами в ходе матричных биосинтезов. Отрицательная суперспирализация может приводить к раскручиванию двойной спирали. Это важно для протекания репликации. Молекулы кольцевой замкнутой ДНК, выделенные из клетки, почти всегда имеют отрицательную суперспирализацию.
Достарыңызбен бөлісу: |
