5.8. Конформационный анализ днк

Молекула ДНК обычно находится в форме двойной спирали, образуемой двумя полинуклеотидными цепями, обвивающимися одна вокруг другой. Два дезоксирибозных остова, расположенные по периферии молекулы, имеют антипараллельную ориентацию. Наиболее часто встречается В-форма.

Сравнение типов спиралей
Тип спирали		A	B	C	D
Конформация сахара		C3-эндо	С2-эндо
Число пар на виток		11	10	9.33	8
Смещение пары от оси спирали, Å		4.7	0.2	-1.0	-1.8
Угол спирального вращения, °		32.7	36	38.6	45
Расстояние между нуклеотидами вдоль оси спирали, Å		2.56	3.3-3.4	3.31	3.03
Уголь наклона пары, °		20	-6	-8	-16
Ширина желобков	Минорного	11.0	5.7	4.8
	Главного	2.7	11.7	11.7
Глубина желобков	Минорного	2.8	7.5	7.5
	Главного	13.5	8.5	8.5

Рис.1. Четыре наиболее устойчивые конформаций сахарного кольца в нуклеотиде.

Основная причина различия конформаций связана с геометрией сахарного кольца у форм В- и А-семейств. Фуранозное кольцо рибозы и дезоксирибозы неплоское. Обычно атом С2, либо атом СЗ выходят из п лоскости других четырех атомов кольца. Если данный атом выдвинут в сторону 5'-углерода и расположен выше кольца, т.е. находится от него со стороны основания, то кольцо обладает эндоконформацией (рис.1). Если атом лежит ниже кольца, то получается экзоконформация. При изменения геометрии сахара с С2'-эндо (СЗ'-экзо) к СЗ'-эндо резко меняется расположение в пространстве выходящих из связей, что и соответствует перех переходу от В- к А-формам.

Главное структурное отличие А-формы от В-формы - это большое отверстие в центре спирали у А-формы, которое занимает почти половину диаметра всей спирали (d~20Å, у В-формы d~9Å). Молекулярным «переключателем» для перехода двойной спирали ДНК между семействами форм В- и А- служит сахарное кольцо пентозы.

5.9. Необычные структуры днк

К ним относятся крестообразные структуры, левозакрученная Z-форма (для нее характерно чередование пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов), различного рода тройные и четвертные спирали, структура со сдвинутыми петлями SLS [7].

Важное значение имеет проблема функционирования в клетке сверх скрученных кольцевых замкнутых ДНК. Для закрученного нормального двуспирального комплекса общее число оборотов α одной нити относительно другой равно числу витков β в ненапряженной двойной спирали плюс число супервитков τ, т.е. α=β+τ

Величина β всегда положительна, τ может быть и отрицательным - это лево спиральные супервитки, противоположные по знаку двойные правые спирали.

Различные характеристики ДНК зависят от плотности супервитков (степени суперспиральности) σ, равной числу этих супервитков τ на 10 пар оснований в состоянии, когда все пары в двойной спирали закрыты. Для природных кольцевых молекул ДНК вирусов α, чаще всего отрицательна. Наиболее типичное значение -σ=0,05 (-5 супервитков на 1000 пар оснований). С ростом плотности сверхспиральности σ вероятность раскрытия пары возрастает, причем наиболее резко в области изменения плотности от 0,06 до 0,12. Здесь начинают раскрываться не только отдельные пары, но и более протяженные области, что приводит к появлению крестообразных структур. Плотность сверхспирализации не может превысить некоторого предельного значения (σ=0,085), поскольку дальнейшее увеличение -σ будет компенсироваться соответствующим раскрытием пар оснований в двойной спирали [7].

Состояние сверхспирализации наблюдается не только у кольцевых ДНК, но также на отдельных участках линейной ДНК. Сверхспирализация отдельных доменов происходит под влиянием специальных белков, активирующих фермент ДНК-гиразу, который превращает «расслабленную» не сверхспирализованную ДНК в сверхспираль. Имеются данные о том, что транскрипция в клетке идет на ДНК, находящейся в напряженном сверхспирализованном состоянии.

Н-форма связана с существованием тройного комплекса, состоящего из двух полипиримидиновых (С-Т) цепей и только одной полипуриновой (A-G) цепи.

Структура со сдвинутыми петлями была обнаружена для ДНК и РНК. SLS-форма образуется, если в цепях ДНК содержатся короткие прямые повторы. Она получается при проскальзывании относительно друг друга комплементарных нуклеотидных цепей. При этом возникают две однонитевые петли, выступающие из каждой полинуклеотидной цепи и разделенные длиной повтора [7].

В растворе двухнитчатая ДНК имеет специфическую третичную структуру. В присутствии полиэтиленгликоля ДНК приобретает компактную форму тора. При этом наблюдается изменение КД (кругового дихроизма). По-видимому, одновременно происходит агрегация молекул ДНК. Диаметры торов варьируют от 80 до 140 нм. Образование тора есть обратимый конформационный переход [4].