"DNT spiral" termini mürəkkəb tarixə və təbiətə malikdir. Bununla, bir qayda olaraq, James Watson tərəfindən təqdim olunan model nəzərdə tutulur. DNT ikiqat sarmal bir cüt meydana gətirən nukleotidlərlə birlikdə tutulur. Təbiətdə ən çox rast gəlinən spiral quruluş olan B-DNT-də ikiqat sarmal hər növbədə 10-10,5 əsas cütü ilə sağ əllidir. DNT-nin ikiqat sarmal strukturunda böyük yiv və kiçik yiv var. B-DNT-də əsas yiv kiçik yivdən daha genişdir. Böyük və kiçik yivlər arasındakı genişlik fərqini nəzərə alaraq, B-DNT-yə bağlanan bir çox zülal bunu daha geniş əsas yiv vasitəsilə edir.
Kəşf tarixçəsi
DNT ikiqat spiralının struktur modeli ilk dəfə 1953-cü ildə Ceyms Uotson və Frensis Krik tərəfindən Nature jurnalında dərc edilmişdir (1954-cü ildə X, Y, Z koordinatları) Şəkil 51 etiketli DNT-nin kritik rentgen difraksiya şəklinə əsaslanaraq, Rosalind Franklinin 1952-ci il işindən, ardınca onun çəkilmiş daha aydın şəkliRaymond Gosling, Maurice Wilkins, Alexander Stokes və Herbert Wilson. İlkin model üç zəncirli DNT idi.
Açıq strukturun ikiqat spiral olmasının dərk edilməsi, DNT-nin iki zəncirinin bir spiralda birləşmə mexanizmini izah edir, bunun vasitəsilə canlı orqanizmlərdə genetik məlumat saxlanılır və kopyalanır. Bu kəşf iyirminci əsrin ən mühüm elmi anlayışlarından biri hesab olunur. Crick, Wilkins və Watson kəşfə verdikləri töhfələrə görə 1962-ci ildə Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatının üçdə birini aldılar. DNT spiralını formalaşdırmaq üçün sıçrayışlı rentgen difraksiya məlumatlarından istifadə edilən Franklin 1958-ci ildə öldü və buna görə də Nobel Mükafatına namizəd olmaq üçün uyğun deyildi.
Hibridləşdirmə dəyəri
Hibridləşmə qoşa spiral yaratmaq üçün birləşən əsas cütlərin birləşdirilməsi prosesidir. Ərimə, ikiqat spiral zəncirləri arasında qarşılıqlı əlaqənin pozulduğu, iki sıra nuklein turşusunun ayrıldığı prosesdir. Bu bağlar zəifdir, yumşaq istilik, fermentlər və ya mexaniki qüvvə ilə asanlıqla ayrılır. Ərimə əsasən nuklein turşusunun müəyyən nöqtələrində baş verir. DNT sarmalının T və A ilə işarələnmiş bölgələri C və G bölgələrinə nisbətən daha asan əriyir. Bəzi əsas mərhələlər (cütlər) TA və TG kimi DNT əriməsinə də həssasdır. Bu mexaniki əlamətlər transkripsiya üçün DNT-ni əritmək üçün RNT polimeraza kömək etmək üçün bir çox genin başlanğıcında TATA kimi ardıcıllıqla əks olunur.
İsitmə
Prosesin ayrılmasıpolimeraza zəncirvari reaksiyasında (PZR) istifadə edildiyi kimi, molekulların təxminən 10.000 əsas cütü (10 kilobaza cütü və ya 10 kbp) olması şərtilə, dayaz qızdırılan iplər sadədir. DNT zəncirlərinin bir-birinə qarışması uzun seqmentləri ayırmağı çətinləşdirir. Hüceyrə, DNT əritmə fermentlərinin (helikazların) topoizomerazlarla eyni vaxtda işləməsinə icazə verərək, bu problemdən qaçır ki, bu da zəncirlərdən birinin fosfat onurğasını kimyəvi yolla parçalayıb digərinin ətrafında dönə bilsin. Helikazlar, DNT polimeraza kimi ardıcıllığı oxuyan fermentlərin keçidini asanlaşdırmaq üçün ipləri açır. DNT ikiqat sarmal bu zəncirlərin bağlarından əmələ gəlir.
Spiral həndəsə
DNT strukturunun həndəsi komponenti 6 koordinatla xarakterizə edilə bilər: sürüşmə, sürüşmə, yüksəlmə, əyilmə, bükülmə və dönmə. Bu dəyərlər hər bir cüt DNT zəncirinin məkanda yerini və oriyentasiyasını dəqiq müəyyənləşdirir. Normal strukturun pozulduğu DNT və ya RNT bölgələrində bu dəyərlərdəki dəyişiklik belə pozulmanı təsvir etmək üçün istifadə edilə bilər.
Yüksəlmə və dönüş spiralın forması ilə müəyyən edilir. Digər koordinatlar, əksinə, sıfıra bərabər ola bilər.
Qeyd edək ki, "çarpma" elmi ədəbiyyatda tez-tez müxtəlif mənalarda istifadə olunur və bu, tellərarası əsasın birinci oxunun spiral oxuna perpendikulyar olmasından kənara çıxmasına istinad edir. Bu, DNT cüt spiralının əsas ardıcıllığı arasında sürüşməyə uyğundur və həndəsi koordinatlarda düzgün adlanır."əymək".
Spirallarda həndəsi fərqlər
Ən azı üç DNT konformasiyasının təbii olaraq meydana gəldiyi düşünülür: A-DNT, B-DNT və Z-DNT. James Watson və Francis Crick tərəfindən təsvir edildiyi kimi B formasının hüceyrələrdə üstünlük təşkil etdiyi düşünülür. Onun eni 23,7 Å və 34 Å x 10 bp uzadır. ardıcıllıqlar. DNT ikiqat sarmal məhlulda hər 10,4-10,5 əsas cütdən bir öz oxu ətrafında tam bir inqilab edən iki cərgə ribonuklein turşusunun bağlarından əmələ gəlir. Bu bükülmə tezliyi (sarmal meydança adlanır) əsasən hər bir bazanın zəncirdəki qonşularına tətbiq etdiyi yığma qüvvələrindən asılıdır. Əsasların mütləq konfiqurasiyası verilmiş konformasiya üçün spiral əyrinin istiqamətini müəyyən edir.
Fərqlər və Funksiyalar
A-DNT və Z-DNT B-DNT ilə müqayisədə həndəsə və ölçü baxımından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlidir, baxmayaraq ki, onlar hələ də spiral strukturlar əmələ gətirirlər. Uzun müddətdir ki, A formasının yalnız kristalloqrafik təcrübələrdə və hibrid DNT-RNT zəncirinin cütləşmələrində istifadə edilən laboratoriyada susuzlaşdırılmış DNT nümunələrində meydana gəldiyi düşünülürdü, lakin DNT-nin susuzlaşması in vivo baş verir və A-DNT indi bizə məlum olan bioloji funksiyalara malikdir.. Hüceyrələri tənzimləmə məqsədləri üçün metilləşdirilmiş DNT seqmentləri, zəncirlərin A-DNT və B-DNT-yə əks şəkildə spiral ox ətrafında fırlandığı Z həndəsəsini qəbul edə bilər. Z-DNT strukturlarını meydana gətirən zülal-DNT komplekslərinin də sübutu var. DNT sarmalının uzunluğu asılı olaraq heç bir şəkildə dəyişmiryazın.
Adlarla bağlı problemlər
Əslində, gələcəkdə kəşf edilə biləcək müxtəlif DNT növlərini adlandırmaq üçün indi yalnız F, Q, U, V və Y hərfləri mövcuddur. Lakin bu formaların əksəriyyəti sintetik olaraq yaradılmışdır və təbii bioloji sistemlərdə müşahidə olunmur. G-quadruplex kimi üç zəncirli (3 zəncir DNT) və dördqütblü formalar da var.
Mövzuların birləşdirilməsi
DNT ikiqat spiral spiral zəncirlərin bağlarından əmələ gəlir. İplər birbaşa bir-birinə qarşı olmadığından, aralarındakı yivlər qeyri-bərabər ölçülüdür. Əsas olan bir yivin eni 22 Å, digəri isə kiçik olanı 12 Å uzunluğa çatır. İkinci dərəcəli yivin darlığı əsasların kənarlarının əsas yivdə daha əlçatan olması deməkdir. Nəticədə, DNT ikiqat sarmalında xüsusi ardıcıllıqla bağlana bilən transkripsiya faktorları kimi zülallar adətən əsas yivdə açıq olan əsasların tərəfləri ilə təmasda olur. Bu vəziyyət hüceyrə daxilində qeyri-adi DNT konformasiyalarında dəyişir, lakin əsas və kiçik yivlər həmişə DNT-nin normal B formasına döndərildiyi təqdirdə görünəcək ölçü fərqlərini əks etdirmək üçün adlandırılır.
Model yaradılır
1970-ci illərin sonunda alternativ qeyri-spiral modellər qısa müddət ərzində plazmidlərdə və xromatində DNT replikasiyası problemlərinin potensial həlli kimi nəzərdən keçirilirdi. Bununla birlikdə, rentgen şüaları kimi sonrakı eksperimental irəliləyişlərə görə DNT-nin ikiqat sarmal modelinin lehinə tərk edildilər. DNT duplekslərinin kristalloqrafiyası. Həmçinin, ikiqat sarmal olmayan modellər hazırda əsas elmi ictimaiyyət tərəfindən qəbul edilmir.
Bir zəncirli nuklein turşuları (ssDNA) spiral forma almır və təsadüfi rulon və ya qurd kimi zəncir kimi modellərlə təsvir olunur.
DNT nisbətən sərt polimerdir, adətən qurd kimi zəncir kimi modellənir. Modelin sərtliyi DNT-nin dairəviləşməsi və onunla əlaqəli zülalların bir-birinə nisbətən oriyentasiyası üçün vacibdir, histeretik eksenel sərtlik isə DNT-nin sarılması və zülal dövranı və qarşılıqlı təsiri üçün vacibdir. Yüksək gərginlik olmadıqda sıxılma-uzanma nisbətən əhəmiyyətsizdir.
Kimya və genetika
Məhsulda olan DNT sərt struktur almır, lakin istilik vibrasiyası və su molekulları ilə toqquşması səbəbindən daima konformasiyasını dəyişir, bu da klassik sərtlik ölçülərini tətbiq etməyi qeyri-mümkün edir. Buna görə də, DNT-nin əyilmə sərtliyi davamlılıq uzunluğu ilə ölçülür, "polimerin orta vaxtda oriyentasiyasının korrelyasiya olunmayan əmsalına çevrildiyi DNT uzunluğu" kimi müəyyən edilir.
Bu dəyər müxtəlif uzunluqlu DNT molekullarını birbaşa təsvir etmək üçün atom qüvvəsi mikroskopundan istifadə etməklə dəqiq ölçülə bilər. Sulu məhlulda orta sabit uzunluq 46-50 nm və ya 140-150 əsas cütdür (DNT 2 nm), baxmayaraq ki, bu, əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Bu, DNT-ni orta dərəcədə sərt molekul edir.
DNT seqmentinin davametmə müddəti onun ardıcıllığından çox asılıdır və bu, əhəmiyyətli dərəcədədəyişikliklər. Sonuncular əsasən enerji yığması və kiçik və böyük yivlərə yayılan fraqmentlərlə bağlıdır.
Fiziki xüsusiyyətlər və əyrilər
DNT-nin entropik çevikliyi zəncirvari qurdun Kratky-Porod modeli kimi polimer fizikasının standart modelləri ilə olduqca uyğundur. Qurdşəkilli modelə uyğun olaraq, DNT-nin əyilməsinin çox kiçik (subpikoneontonik) qüvvələrdə də Huk qanunu ilə təsvir edildiyi müşahidə edilir. Bununla belə, daha kiçik müddətə və davamlılığa görə DNT seqmentləri üçün əyilmə qüvvəsi təqribən sabitdir və davranış əvvəlcədən qeyd olunan qurdabənzər modellərdən fərqli olaraq proqnozlardan yayınır.
Bu təsir kiçik DNT molekullarının dairəviləşdirilməsində qeyri-adi asanlığa və yüksək əyri DNT bölgələrinin tapılma ehtimalının artmasına səbəb olur.
DNT molekulları tez-tez əyilmə üçün üstünlük verilən istiqamətə malikdirlər, yəni anizotrop əyilmə. Bu, yenə DNT ardıcıllığını təşkil edən əsasların xüsusiyyətləri ilə bağlıdır və DNT-nin iki zəncirini bir sarmal halında birləşdirən də məhz onlardır. Bəzi hallarda ardıcıllıqlar atalar sözünə uyğun gəlmir.
DNT ikiqat sarmal quruluşu
DNT-nin əyilməsinin üstünlük verilən istiqaməti hər bir bazanın növbətinin üstünə yığılma sabitliyi ilə müəyyən edilir. Qeyri-sabit əsas yığma addımları həmişə DNT spiralının bir tərəfində olarsa, DNT üstünlük olaraq bu istiqamətdən uzaqlaşacaq. İki DNT zəncirinin spiral şəklində birləşdirilməsibu istiqamətdən asılı olan molekullar tərəfindən həyata keçirilir. Bükülmə bucağı artdıqca, onlar sterik maneələr rolunu oynayırlar, qalıqları bir-birinə nisbətən yuvarlamaq qabiliyyətini göstərirlər, xüsusən də kiçik yivdə. A və T çöküntüləri tercihen döngələr daxilində kiçik yivlərdə yaranacaq. Bu təsir, məsələn, nukleosom hissəciklərində DNT-nin sərt əyilməsinin induksiya edildiyi zaman DNT-zülal bağlanmasında xüsusilə aydın görünür.
Müstəsna əyilmə ilə DNT molekulları əyilə bilər. Bu ilk dəfə DNT-də tripanosomatid kinetoplastdan aşkar edilmişdir. Buna səbəb olan tipik ardıcıllığa molekulun eyni tərəfində kiçik yiv fazasında A və T qalıqlarını ehtiva edən G və C ilə ayrılmış 4-6 T və A uzanması daxildir.
Daxili əyilmiş struktur əsas cütlərin bir-birinə nisbətən "vida-fırlanması" ilə induksiya olunur ki, bu da əsas pillələr arasında qeyri-adi bifurkasiya olunmuş hidrogen bağlarının yaradılmasına imkan verir. Daha yüksək temperaturlarda bu struktur denatürasiya olunur və buna görə də daxili əyrilik itirilir.
Anizotropik olaraq əyilən bütün DNT-lər orta hesabla daha uzun itmə qüvvəsinə və daha böyük ox sərtliyinə malikdir. Bu artan sərtlik, molekulun izotrop fəaliyyət göstərməsinə səbəb olacaq təsadüfi əyilmənin qarşısını almaq üçün lazımdır.
DNT zəngi molekulun həm eksenel (əyilmə) sərtliyindən, həm də burulma (fırlanma) sərtliyindən asılıdır. Bir DNT molekulunun müvəffəqiyyətlə dövr etməsi üçün o, tam bir dairəyə asanlıqla əyiləcək qədər uzun olmalıdır və lazımi sayda bazaya malik olmalıdır.spirallərin yapışdırılmasının mümkünlüyünü təmin etmək üçün ucları düzgün fırlanmada idi. Sirkulyasiya edən DNT üçün optimal uzunluq təxminən 400 əsas cütdür (136 nm). Tək sayda döngələrin olması dövrələr üçün əhəmiyyətli enerji maneəsidir, məsələn, 10,4 x 30=312 cüt molekul 10,4 x 30,5 ≈ 317 molekuldan yüzlərlə dəfə daha sürətli dövr edəcək.
Elastiklik
Daha uzun uzanan DNT uzanan zaman entropik olaraq elastik olur. DNT məhlulda olduqda, termal həlledici vannada mövcud olan enerji hesabına davamlı struktur dəyişikliklərinə məruz qalır. Bu, su molekulları ilə daimi toqquşmalarla birləşən DNT molekulunun istilik vibrasiyası ilə bağlıdır. Entropiya səbəblərinə görə, daha yığcam rahat vəziyyətlər uzanmış vəziyyətlərə nisbətən termal olaraq daha əlçatandır və buna görə də DNT molekulları mürəkkəb "rahat" molekulyar modellərdə demək olar ki, hər yerdə mövcuddur. Bu səbəbdən bir DNT molekulu qüvvənin altında uzanaraq onu düzəldəcək. Optik maqqaşlardan istifadə edərək, DNT-nin entropiya dartma davranışı polimer fizikası nöqteyi-nəzərindən öyrənilmiş və təhlil edilmişdir və müəyyən edilmişdir ki, DNT fizioloji cəhətdən mövcud enerji miqyasında özünü Kratky-Porod qurduna bənzər zəncir modeli kimi aparır.
Kifayət qədər gərginlik və müsbət fırlanma momenti ilə DNT-nin onurğa sütunlarının xaricə, fosfatların isə faza keçidinə məruz qaldığı düşünülür.orta. Həddindən artıq uzanmış DNT üçün təklif edilən bu struktur, əvvəlcə onu mümkün DNT strukturu kimi təsəvvür edən Linus Paulinqin şərəfinə P-formalı DNT adlandırıldı.
Təyin edilmiş fırlanma momenti olmadıqda DNT-nin mexaniki uzadılmasına dair dəlil adətən S-formaları kimi adlandırılan digər strukturlara aparan keçid və ya keçidlərə işarə edir. Bir çox kompüter simulyasiya tədqiqatları aparılsa da, bu strukturlar, tətbiq olunan güclə həll olunan bir atom rezonatorunun həlledici təsvirini yerinə yetirmək çətinliyi səbəbindən hələ qəti şəkildə xarakterizə edilməmişdir. Təklif olunan S-DNT strukturlarına əsas cüt qatını və hidrogen bağını (GC ilə zənginləşdirilmiş) saxlayanlar daxildir.
Sigmoid modeli
Baza cütlüyü yığınının fasilə ilə dövri sınığı, "Σ-DNT" termini tətbiq edilməklə, əsas yığının qanunauyğunluğunu saxlayan və müvafiq miqdarda genişlənmə buraxan müntəzəm struktur kimi təklif edilmişdir. "Sigma" simvolunun sağ tərəfindəki üç nöqtənin üç çoxluqlu əsas cütünü xatırlatdığı bir mnemonika kimi. Σ formasının GNC_h-hipotezasının təkamül əhəmiyyətinə malik olduğuna inandığı GNC motivləri üçün ardıcıllığa üstünlük verdiyi göstərilmişdir.
Spiralın əriməsi, qızdırılması və açılması
DNT sarmalının B forması 10,4-10,5 bp üçün 360° burulur. burulma deformasiyası olmadıqda. Lakin bir çox molekulyar bioloji proseslər burulma stresinə səbəb ola bilər. Artıqlığı olan DNT seqmenti və yaundercoiling müvafiq olaraq həm müsbət, həm də mənfi kontekstlərdə qeyd olunur. İn vivo DNT adətən mənfi bükülür (yəni əks istiqamətdə bükülmüş qıvrımlara malikdir), bu da RNT transkripsiyası üçün çox lazım olan qoşa spiralın açılmasını (əriməsini) asanlaşdırır.
Hüceyrə daxilində əksər DNT topoloji cəhətdən məhduddur. DNT adətən topoloji qapalı və ya diffuziya əmsalları effektiv şəkildə topoloji qapalı bölgələr yaradan çox uzun molekullar olan qapalı döngələrdə (məsələn, prokariotlarda plazmidlər) olur. DNT-nin xətti uzanmaları da qapalı topoloji dövrələr yaratmaq üçün adətən zülallar və ya fiziki strukturlarla (membran kimi) əlaqələndirilir.
Qapalı topoloji regionda T parametrindəki hər hansı dəyişiklik W parametrindəki dəyişikliklə balanslaşdırılmalıdır və əksinə. Bu, DNT molekullarının daha yüksək spiral quruluşu ilə nəticələnir. Kökü 0 olan adi DNT molekulu təsnifatında dairəvi olardı. Əgər bu molekulun bükülməsi sonradan superkonformasiya ilə artır və ya azalarsa, o zaman köklər müvafiq olaraq dəyişdirilərək molekulun plektnonem və ya toroidal superhelik sarğıdan keçməsinə səbəb olacaq.
DNT cüt spiralının bir hissəsinin ucları bir dairə meydana gətirəcək şəkildə birləşdirildikdə, iplər topoloji olaraq bağlanır. Bu o deməkdir ki, ayrı-ayrı mövzular ip qırılması ilə əlaqəli olmayan heç bir prosesdən ayrıla bilməz.(məsələn, istilik). DNT-nin topoloji bağlı zəncirlərini açmaq vəzifəsi topoizomerazlar adlanan fermentlərin üzərinə düşür.
