DNA

1. Budowa DNA

DNA - jest to angielski skrót od nazwy makrocząsteczki kwasu nukleinowego - deoxyribonucleic acid - po polsku kwas deoksyrybonukleinowy. Zbudowany jest z czterech rodzajów nukleozydów: deoksyadenozyny (dAMP), deoksyguanozyny (dGMP), deoksycytydyny (dCMP) oraz deoksytymidyny (dTMP). Cukrem występującym w tych deoksyrybonukleotydach jest deoksyryboza. Przedrostek deoksy- oznacza brak jednego z atomów tlenu zawartych w cząsteczce wyjściowej - rybozie. DNA występuje najczęściej w postaci dwuniciowej (dsDNA) i ma kształt helisy. Złożona jest z dwóch przeciwbieżnych i komplementarnych do siebie łańcuchów kwasu deoksyrybonukleinowego, skręconych wzdłuż osi helisy. Zasady purynowe i pirymidynowe znajdują się wewnątrz, a fosforany i reszty deoksyrybozy - na zewnątrz helisy. Płaszczyzny ułożenia pierścieni zasad są prostopadłe do osi helisy, natomiast płaszczyzny pierścieni cukrów są ułożone prostopadłe względem zasad. Dwa łańcuchy DNA łączą się sobą wiązaniami wodorowymi pomiędzy zasadami azotowymi, tworząc komplementarne pary.


Na powierzchni helisy można wyróżnić dwa zagłębienia, zwane małą i dużą bruzdą.

Powstają one dlatego, że wiązania glikozydowe komplementarnych zasad nie leżą dokładnie naprzeciwko siebie. Stosunek puryn do pirymidyn w dwuniciowej cząsteczce DNA jest równy jeden. Ściśle określona kolejność zasad azotowych w DNA (sekwencja) niesie informację genetyczną. DNA może również występować w postaci jednoniciowych cząsteczek (ssDNA). Tego rodzaju cząsteczki są charakterystyczne dla wirusów.

2. Formy DNA

J. Watson i F. Crick (1953 r.) opisali budowę najczęściej występującej w przyrodzie postaci DNA - tzw. “helisa B-DNA”. Opisano dotychczas 6 postaci cząsteczek DNA (A - E oraz Z), lecz większość z nich odkryto tylko w warunkach doświadczalnych. Cząsteczki te odróżnia: średnica heliksu, liczba par zasad przypadających na każdy zwój helisy, kąt pomiędzy każdą parą zasad,

a także kierunek skrętu helisy. Różnice pomiędzy przykładowymi formami DNA przedstawia poniższa tabela:

 

Typy helisy

 

A

B

Z

Wzrost długości helisy na parę zasad

0,23 nm

0,34 nm

0,38 nm

Średnica helisy

2,55 nm

2,37 nm

1,84 nm

Kierunek skręcenia

prawoskrętna

prawoskrętna

lewoskrętna

Typ wiązania glikozydowego

anty

anty

anty dla C, T

syn dla G

Liczba par zasad na skręt helisy

11

10,4

12

Skok helisy

2,53 nm

3,54 nm

4,56 nm

Odchylenie pary zasad od położenia prostopadłego do osi helisy

19 0

1 0

9 0

Duży rowek

wąski

i bardzo głęboki

szeroki i dość głęboki

płaski

Mały rowek

bardzo szeroki i płytki

wąski i dość głęboki

bardzo wąski

i głęboki



Pozostałe formy (C, D, E) są prawoskrętne i występują prawdopodobnie tylko w układach doświadczalnych.

3. Postać DNA w organizmie

W organizmach, DNA rzadko występuje w postaci liniowych odcinków o wolnych końcach. U organizmów prokariotycznych chromosomowy, a także plazmidowy DNA, występuje w postaci kolistej. W komórkach eukariotycznych chromosomowy DNA jest zorganizowany w postaci domen w kształcie pętli, których podstawy są unieruchomione przez białka wchodzące w skład chromosomu. Cząsteczka DNA, pod wpływem powstających w niej, wewnętrznych napięć torsyjnych może ulegać dodatkowemu zwinięciu. Napięcia są spowodowane rozluźnieniem lub kondensacją struktury helisy i brakiem możliwości neutralizacji przez obrót wokół wolnych końców, wokół osi podłużnej helisy. W długich cząsteczkach DNA napięcia powstają w wyniku lokalnych procesów związanych z naprawą, replikacją [1] lub transkrypcją. Przy tych procesach następuje rozplecenie helisy, w wyniku czego po obu stronach miejsca rozplecenia następuje kondensacja struktury heliksu. Kondensacja wywołuje dążenie DNA do neutralizacji napięć wewnętrznych, przez miejscowe zwinięcie cząsteczki.

Koliste cząsteczki DNA, wykazujące przestrzenne skręcenie wokół siebie zostały nazwane formami superhelikalnymi.


Superskręcenie cząsteczek jest właściwością topologiczną, którą można opisać posługując się terminami z dziedziny topologii. Za topologiczną przyjmuje się taką właściwość DNA, która nie ulega zmianie pod wpływem odkształceń ciągłych – zachowujących integralność szkieletu cząsteczki. Będą to takie odkształcenia konformacyjne, które powstają w wyniku łączenia się cząsteczki z białkami, lub innymi ligandami, a także powstające w wyniku działania ciepła. Przecięcie jednej z nici DNA – a więc zakłócenie szkieletu, spowoduje zmianę właściwości topologicznej. Kolista cząsteczka superhelikalna jest opisana dwoma parametrami. Tw, czyli liczba skrętów opisuje ile razy kolisty DNA został skręcony wokół osi helisy. Parametr ten przyjmuję wartość ujemną, gdy w stosunku do formy zrelaksowanej (naturalnej) cząsteczka jest rozkręcona, gdy natomiast DNA ulega skręceniu – dodatnią. Wr, czyli liczba zwojów – opisuje, ile razy kolista cząsteczka DNA krzyżuje się ze sobą. Wprowadzenie trzech dodatkowych skrętów (stworzenie napięć torsyjnych) powoduj, że wartość Tw = 3, przy założeniu, że cząsteczka leży płasko i nie krzyżuje się ze sobą Wr = 0.

Taki stan jest niekorzystny, ze względu na występowanie napięć torsyjnych.

Kolista cząsteczka dąży do likwidacji napięć (dodatkowych skrętów), poprzez wzajemne skręcenie się i tym samym podniesienie wartości Wr. Każde skrzyżowanie się cząsteczki (skręcenie wokół siebie) odbywa się kosztem zmniejszenia wartości Tw o jeden. Podczas topologicznych przekształceń kolistych cząsteczek DNA zmianie ulegają wartości Tw i Wr, lecz ich suma pozostaje stała. Wielkość ta nosi nazwę liczby opleceń i jest opisana symbolem Lk. Wielkość ta jest liczbą całkowitą i pozostaje stała jeżeli nie zostanie przecięta jedna z nici DNA, wykonując przy tym wewnętrzny obrót wokół nieprzeciętej nici.

Topologię cząsteczki opisuje zatem równanie: Tw + Wr = Lk

Budowa kwasów nukleinowych

RNA


Š 1997, 1998 Biologia Molekularna w Internecie                 Webmaster

This server is running Apache