W12 Topologia DNA, Biochemia, STRUKTURA I FUNKCJE BIALEK
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Białka i kwasy nukleinowe Notatki te z pewnością zawierają błędy i braki, więc jeżeli ktoś takowe zauważy prosiłbym by nie zachowywał tego dla siebie, tylko dał mi znać na maila postaram się je jak najszybciej poprawić/ uzupełnić. Slajdy dostępne pod adresem hasło: mimoza Wykład 12 Topologia DNA: Problemy topologiczne biorą się stąd, że swobodny obrót jest możliwy wokół wiązania diestrowego jednego łańcucha DNA a jak pokazuje model Watsona i Cricka cząsteczka ta jest zbudowana z dwóch. Początek badań nad topologią to lata 60 i 70: • pierwsze doświadczenia na plazmidach bakteryjnych z bromkiem etydyny wpływającym na szybkość ich migracji w żelu (superr coiled vs relaxed circle) • Powstanie adekwatnego opisu matematycznego – liczba opleceń, zwojów i skrętów • Wyizolowanie pierwszej topoizomerazy Właściwości topologiczne mają tylko cząsteczki bez wolnych końców. U eukariota: • DNA jest związane z macierzą jądrową w sposób, który uniemożliwia swobodną rotację, co skutkuje tym, że zachowuje się ono jak plazmid • W jądrze mamy długie cząsteczki DNA w tłoku molekularnym, co powoduje, że przeniesienie napięcia na wolne końce jest zbyt wolne aby uniknąć zjawisk topologicznych Problemy topologiczne: • Katenacja – gdy dwie cząsteczki bez wolnych końców łączą się jak ogniwa łańcucha. Jest ona generowana podczas replikacji kolistych cząsteczek DNA, gdy potomna nić owija się wokół matczynej i zwykle mamy do czynienia z wieloma przepleceniami naraz. • Węzły – gdy cząsteczka zapętla się sama wokół siebie. Mogą powstawać np. na skutek rekombinacji • Superhelisy – są zasadniczo dwa rodzaje: •Plektoniczne – skręcone wokół wirtualnej osi, występują zwykle w wyizolowanych plazmidach •Solenoidalne – owinięte wokół wirtualnego walca Opisuje się je przy pomocy właściwości geometrycznych (do ich zmiany nie trzeba przecinać nici) i paramterów topologicznych (trzeba by przeciąć nić). Liczba opleceń [L k ] – ile razy jedna nić oplata drugą. Jest to parametr topologiczny. Obliczamy ją według teoretycznych, nie biologicznych zasad: 1. Pierwszą nić rozprostowujemy i układamy zgodnie z regułą prawej ręki 2. Liczymy ile razy druga nić ją oplecie (przebije płaszczyznę utworzoną przez pierwszą) 3. Istnieje konwencja co do ustalania znaku liczby opleceń => +, gdy nić leżąca na wierzchu idzie w prawo; -, gdy nić leżąca na wierzchu idzie w lewo [zakładamy, że druga nić ma taki sam zwrot jak pierwsza] Jak widać liczba opleceń ze swojej natury jest wartością dyskretną. Opis ten można stosować do różnych układów poza pojedynczą helisą, np. katenacji W przypadku zrelaksowanej cząsteczki DNA L k = sekwencja : 10,4 (ilość nukleotydów przypadająca na obrót, zaokrąglamy zwykle do 10 [w tym na egzaminie;)]) Cząsteczki niezrelaksowane charakteryzujące się nadmiarem, bądź deficytem liczby opleceń tworzą kompensacyjny superheliks. Przy nadmiarze pozytywny, a przy deficycie negatywny. Należy pamiętać, że nie ma to związku ze znakiem! Zależy np. od tego, czy jest on solenoidalny, czy plektonemiczny a te formy mogą w siebie wzajemnie przechodzić na zasadzie przekształcenia geometrycznego. W układach biologicznych np. wszczepienie histonu potrafi zmienić topologię z selenoidalnej w plektonemiczną. Liczba zwojów [W r ] – na cząsteczkę DNA patrzymy tutaj jako na obiekt 1 niciowy. Liczba zwojów to superheliks w takim obiekcie. Wartość ta oznacza liczbę osi przez niego przechodzących kiedy ułożymy go na płaszczyźnie. Oczywiście wartość ta w związku z tym zależy od płaszczyzny, więc wyznaczamy ją jako średnią wartość, ze wszystkich możliwych płaszczyzn i co za tym idzie może nie być wartością ułamkową. Jest to oczywiście właściwość geometryczna. Liczba skrętów [T w ] – kąt o jaki w rzucie płaskim odchylona jest dana cząsteczka od cząsteczki zrelaksowanej. 0 = zrelaksowana. - = niedokręcona, a skok helisy się wydłuża. + = nadkręcona i skok helisy się skraca. Zmiana ilości liczby skręceń może skutkować nie tylko zmianą skoku na całej cząsteczce, ale zmianą we fragmencie sekwencji aż do całkowitej denaturacji miejsc AT bogatych. L k = W r + T w => liczba zwojów i skrętów potrafią w siebie nawzajem przechodzić! Równanie to jest oczywiście prawdziwe dopiero dla dużych plazmidów (kilkaset i więcej pz), tak, że nie wpływa na nie sztywność cząsteczki. Zwykle ¾ ro liczba zwojów a ¼ liczba skrętów. Gęstość superhelisy – wartość będąca modyfikacją liczby opleceń. Powstała dlatego, że liczba opleceń jest tak naprawdę funkcją długości cząsteczki i jest mało informatywna. Wyraża się następującym wzorem: =(L k – L k0 ) / L k0 , gdzie L k0 jest wartością liczby opleceń dla cząsteczki zrelaksowanej o tej samej długości Topoizomery – różnią się między sobą jedynie topologią (nie sekwencją, czy długością). Są one rozdzielalne na żelu, gdyż wraz ze wzrostem liczby opleceń wzrasta gęstość superheliksu i spada jego objętość a co za tym idzie przyspiesza migracja. Jako, że L k jest dyskretna taki też jest rozdział. Interkalatory – wnikają między nici promując relaksację helisy. Spadek T w (rozluźnienie) przekłada się na wzrost W r (przyrost superhelisy). Jako, że plazmidy mają naturalnie ujemny superheliks dodawanie np. bromku etydyny na początku powoduje jego zanik i prowadzi do stanu quasi relaksacji a potem generuje superheliks pozytywny. Relaksacja może się też odbywać przez wytwarzanie nietypowych struktur, np. struktury krzyżowe niwelują napięcia torsyjne. Maksymalne rozkręcenie negatywnego superheliksu może s kolei prowadzić do przejścia formy B w Z. Należy pamiętać, że zarówno eukariotyczne, jak prokariotyczne genomy z topologicznego punktu widzenia mają strukturę miniaturowych pętli, które są autonomiczne, więc np. kolistość bakteryjnego chromosomu przestaje mieć znaczenie. Topologia jest wrażliwa na czynniki fizyczne, w szczególności temperaturę. Topnienie DNA – podniesienie temperatury powoduje rozkręcenie DNA (podobnie jak bromek etydyny generuje pozytywny superheliks) aż do momentu denaturacji podwójnej cząsteczki. Wysokość tej wartości zależy od składu nukleotydowego i siły jonowej (dodatnie jony, szczególnie fosforanowe podnoszą ją) Ostatnio aktualizowane: 2009r. [ Pobierz całość w formacie PDF ] |