Mandl József (szerk.)

Biokémia

Aminosavak, peptidek, szénhidrátok, lipidek, nukleotidok, nukleinsavak, vitaminok és koenzimek

4.4.2. A zárt, cirkuláris DNS szerkezete

A DNS dupla hélix, amit eddig megismertünk, egy nyújtott, lineáris molekula. Az élő sejtekben a DNS nem rendelkezik szabad végekkel, a molekula zárt. Mikroorganizmusok, vírusok szabályos kör alakú DNS-t tartalmaznak. Magasabbrendűekben a DNS kromoszómákba szerveződik, amelyekben a DNS lineáris, de nincs szabad 5’-P és 3’-OH vége. Cirkuláris DNS-ek gyakran átmenetileg jelennek meg a replikáció, transzkripció során. Szupertekercsnek (Supercoilnak) nevezik azt a szerkezetet, ha a zárt, kettős gyűrű a térben saját tengelye körül feltekeredik. Könnyen szemléltethető ilyen szerkezet, ha két összetekert gumicsövet gyűrűvé zárunk, akkor másodlagos „szuper-csavarulatok” jönnek létre. Az ilyen szupertekercs szerkezet csak zárt, gyűrűs molekulában jön létre, mivel nyitott molekula spontán kitekeredik. A szupertekercset a DNS harmadlagos szerkezetének is nevezik. A zártság mindkét nukleotidláncra vonatkozik, ha csak az egyik láncon jön létre törés, a szupertekercs feszültsége oldódik, kitekeredik. Azokat a molekulákat, melyekben nincs szupertekercs (akár zárt vagy nyitott), relaxált molekuláknak nevezzük. A szupertekercsnek két formája van. A negatív szupertekercs a dsDNS-t az óramutató járásával, azaz a jobb menetes hélixszel ellentétes irányba tekeri. Ez a tekeredés csökkenti a bázispárok egymáshoz viszonyított forgási szögét, lazítja, kitekeri a két láncot egymásból. A negatív szupertekercs DNS-t szokás alul-tekert, „lazán-tekert” DNS-nek is nevezni. Ha a szupertekercs miatt keletkezett feszültség elég nagy, ez a bázispárképzés megszűnéséhez, azaz a láncok szétválasztásához vezethet (4.31. ábra).

Abban az esetben, ha a szupertekercs a hélix tekeredésével megegyezik, „pozitív szupertekercs” szerkezetet kapunk. Az ilyen DNS-ben a fellépő másodlagos feszülések a kettős hélixet szorosabbá, túltekertté teszik. Ez a szerkezet ín vitro előállítható, de a természetben nem fordul elő,

A szupertekercs szerkezet mennyiségi jellemzésére gyakran van szükség, mert ezek a szerkezeti változások a sejtben nem spontán alakulnak ki, a negatív szupertekercs energiabefektetést igényel, ami enzimek közvetítésével valósul meg. Tehát a szupertekercsek számának mérése a folyamat mérése szempontjából fontos. A negatív szupertekercs DNS mintegy energiát tárol, képes szerkezeti átalakulásokra külön energiabefektetés nélkül, amire a relaxált DNS nem képes. Az eddig vizsgált valamennyi genomban találtak negatív szupertekercs szerkezeteket. Ennek mértéke in vivo kb. 1 negatív fordulat 2 bázispáronként, ami 38 KJ/mol energiát jelent. A szupertekercs szerkezet kiterjedése egyensúly eredménye, amit a szupertekercset létrehozó és az azt feloldó enzimek biztosítanak. Topológiai izomereknek nevezzük azokat a DNS-eket, amelyek csak a szupertekercs szerkezetben különböznek egymástól.

A szupertekercs szerepe a sejtben sokféle lehet. A legkézenfekvőbb a szerepe a DNS-kitekerésben, a szál szétválasztásban van, amit a 4.31. ábra is mutat, A DNS természetes negatív szupertekercsei azonban csak néhány bázispár szétválasztására elégségesek, mivel 10 bp szétválasztásához 50-200 KJ/mol energia szükséges. Rövid szakaszok széttekerése a DNS-replikáció megkezdésének a helyén, az ori-régióban fontos.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1344bikaps_1039/#m1344bikaps_1039 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1344bikaps_1039/#m1344bikaps_1039)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1344bikaps_1039/#m1344bikaps_1039)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

4.31. ábra. Negatív szupertekercs DNS és oldódása

A széttekerés legextrémebb foka, ha a jobb menetes DNS teljesen széttekeredik, és bal- menetes dsDNS-sé alakul, azaz a B-DNS-ből Z-DNS lesz. Kísérletesen vizsgálták ezt a lehetőséget, és megállapították, hogy míg a folyamat elindításához 40 KJ/mol/bp szükséges, addig a GC bázispárban gazdag szakaszokon a Z-konformáció kiterjesztéséhez már csak 2,3 KJ/mol/bp energia kell, amit már biztosítani tud a negatív szupertekercs szerkezet.