Ақпарат

Теріс және оң белгілер ДНҚ спиральдарының айналу бұрыштарында нені білдіреді?

Теріс және оң белгілер ДНҚ спиральдарының айналу бұрыштарында нені білдіреді?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Бұл сағат тіліне қарсы және сағат тіліне қарсы дегенді білдіре ме?


Белгілер айналу бағытын көрсетеді. Сағат тіліне қарсы (оң жақ бұранда) оң, ал сағат тіліне қарсы (сол жақ бұранда) теріс. Айналу бағыты спираль сізге қарай көтерілген жақтан байқалады (спиральдың көтерілуіне перпендикуляр).

Басқаша айтқанда, оң қолыңызды бүгіңіз және бас бармақты созыңыз. Жоғарыдан қараған кезде (бас бармақ сізге бағытталған), саусақтар сағат тіліне қарсы бұрылады. Бұл оң қолмен (RH) спираль. Керісінше, Z-ДНҚ сияқты сол қолды (LH) спиральдарды түсіну үшін сол қолыңызды пайдалануға болады.


http://biomedapps.curtin.edu.au/biochem/tutorials/prottute/helixfigures.htm сайтынан алынған. Бұл, өз кезегінде, өзгертіледі Lehninger et al (1993) Principles of Biochemistry Екінші басылым Worth баспагерлері


Бұл суретте RH спиралы бейнеленген. Википедиядан алынды.


Бұл анықтамаларды қарама-қарсы мағынада да анықтауға болады және сіз осындай көптеген веб-көздерді таба аласыз. Мысалы, егер сіз қолыңыздың астынан бас бармақ сізден алшақ тұратындай қарасаңыз, саусақтар сағат тілімен бұралады. Алайда, физика мен математикада оң бұрыштар шартты түрде сағат тіліне қарсы өлшенеді. Сондықтан менің анықтамам сіздің сұрағыңызға сәйкес келеді.


Тығыз агрегаттардағы спиральды макромолекулалардың электростатикалық өзара әрекеттесуі: ДНҚ поли- және мезоморфизміне серпін

ДНҚ тығыз агрегаттарға оралған кезде таңқаларлық көптеген құрылымдарды көрсетеді. Ол әр түрлі полиморфты ауысуларға ұшырайды (мысалы Б дейін A нысаны) және мезоморфты түрлендірулер (алтыбұрыштыдан орторомбты немесе моноклиникалық қаптамаға дейін, жақын көршілердің өзара туралануының өзгеруі және т.б.). Бұл есепте біз мұндай құбылыстар ДНҚ бетіндегі зарядтардың таралуының спецификалық бұрандалы симметриясынан бастау алатынын көрсетеміз. Көршілес ДНҚ молекулалары арасындағы электростатикалық әрекеттесу молекулалық беттік топтар мен адсорбцияланған қарсы иондардың үлгілеріне күшті тәуелділікті көрсетеді. Нәтижесінде бұрандалы қадам, ойықтың ені, бұрандалы бұрылыстағы базалық жұптардың саны және т.б сияқты құрылымдық параметрлер әсер етеді. Біз осы параметрлермен электростатикалық әсерлесу энергиясын және орауыш айнымалыларды сипаттайтын өрнектерді аламыз. көршілес макромолекулалар арасындағы осьтік және азимутальды туралау. Біз, атап айтқанда, құрылымдық өзгерістердің болғанын көрсетеміз Б-ға-A ауысу қарсы иондардың кездейсоқ адсорбциясы кезінде электростатикалық энергияны бір негіз жұбына ≈ккал/мольге азайтады. Ионның тар ойыққа қосылуы бұл әсерді әлсіретеді немесе өзгертеді, тұрақтандырады Б-ДНҚ, бұл Li + -ДНҚ жинақтарында болатын сияқты. ДНҚ агрегаттарындағы орау симметриясына және молекулалық туралануына иондардың байланыс заңдылықтары әсер ететіні көрсетілген.

Біз жақында параллель цилиндрлік ядролары бар екі макромолекулалар мен беттік зарядтардың ерікті таралуы арасындағы электростатикалық әсерлесу теориясын ұсындық (1). Спиральды молекулаларға қатысты ол ДНҚ-ның 10,5 а/с-тан ерітіндіден гидратталған талшықтарда 10-ға дейін оралуы, ДНҚ конденсациясының қарсы иондық ерекшелігі, соңғы 15 Å ішінде байқалған күштердің жұмбақ түрде аз ыдырау ұзындығы сияқты таңқаларлық бақылауларды түсіндірді. ДНҚ, коллаген және төрт жіпті гуанозин спиральдары арасындағы бөліну және т.б. Біз бұл әсерлердің барлығы зарядтардың таралуының спиральдық симметриясымен қозғалатынын анықтадық және сәйкес симметрия заңдарын тұжырымдадық (2).

Бұл теория электролит ерітіндісіндегі (1) екі қарама -қарсы макромолекулалар құрған электр өрісі үшін сызықты Пуассон -Больцман теңдеуінің шешіміне негізделген. Мұндай модель электролит иондары мен су молекулаларының шекті өлшемдерінің әсерінен және сызықтық электростатиканың бұзылуына байланысты спиральдар арасындағы шағын қашықтықта жарамсыз болуы мүмкін. Сондықтан біз оны «дымқыл» ДНҚ жинақтарында байқалатын құбылыстарды түсіндіру үшін қолдандық. Бірақ хромосомалардағы, фагтардың бастары мен кейбір жасуша ядроларының ішіндегі ДНҚ спиральдары бір-екі су моноқабаттары арқылы ғана бөлінеді. ≤90% салыстырмалы ылғалдылық кезінде табиғи ДНҚ-ның одан да тығыз агрегаттарын кристаллографиялық зерттеулер құрылымдық поли- және мезоморфизмді (3, 4) анықтады, бұл әлі де аз зерттелген.

Әдетте, поли- және мезоморфты ауысулар молекула ішілік және молекулалық кернеулерге байланысты. ДНҚ-дағы осы кернеулердің әртүрлі компоненттерін бағалау үшін әртүрлі тәсілдер қолданылған. Ерітіндідегі оқшауланған ДНҚ молекуласы үшін оның электростатикалық энергиясының аналитикалық және компьютерлік есептеулері (мысалы, 5–15 сілтемелерді қараңыз) және жеңілдетілген және жалпы атомдық потенциалдарға негізделген оның энергетикасы мен динамикасының компьютерлік модельдеулері (қараңыз, мысалы, сілтемелер 16-23 және оған сілтемелер). ДНҚ олигомерлерінің агрегаттарындағы молекулааралық фитингтің геометриялық талдауы да хабарланды [24, 25].

Бұл жұмыста біз ДНҚ агрегаттарындағы молекулааралық электростатикалық өзара әрекеттесуді бағалаймыз және олардың құрылымдық және орау ауысуларындағы рөлін зерттейміз. Біздің мақсат - электростатикалық әсерлесу энергиясының ДНҚ -ның құрылымдық параметрлеріне, мысалы, бұрандалы қадамға, зарядтардың санына және ойықтың еніне тәуелділігін, сонымен қатар көршілес спиральдардың өзара теңестірілуін түсіну. Біздің білуімізше, бұл жалпы мәселенің ең аз түсінілген аспектілерінің бірі.

Нақтырақ айтқанда, біз спиральдар бір -біріне параллель орналасқан бағаналы агрегаттардағы ДНҚ молекулалары арасындағы электростатикалық әсерлесу энергиясын есептейміз. Бұрынғыдай (1), біз спиральдардың өзара әрекеттесуі жұптық қоспа деп есептейміз және екі жақын көршінің өзара әрекеттесу энергиясын есептейміз. Алдыңғы модельден айырмашылығы, біз құрамында қалдық, байланыстырылған су мен ұсталған қарсы иондары бар агрегаттарды қарастырамыз. Біз бүкіл агрегаттың диэлектрлік реакциясын бір диэлектрлік тұрақтымен сипаттаймыз, .. ≈ 2, электронды поляризацияланумен анықталады. Біз ДНҚ-дағы барлық тіркелген беттік зарядтарды, қарсы иондарды және байланысқан су молекулаларындағы тіркелген бөлшек зарядтарды нақты түрде қарастырамыз, біз олардың орналасуын қандай да бір нақты цилиндрлік бетпен шектемейміз және әдетте зарядтар нүкте тәрізді деп болжамаймыз. Мұндай тұжырымда диэлектриктердің қанығу мәселесі (26) туындамайды, өйткені үздіксіз диэлектрлік жуықтау шеңберінде тек электронды поляризациялық қарастырылады. Пуассон -Больцман жуықтауының қысқа қашықтықтарда (9, 27-29) шектеулері де жоқ, себебі Дебайе электролит иондарының атмосферасы жоқ.

Біз бұл әдісті электростатикалық әсерлесу энергиясының зарядтардың таралу үлгісіне және олардың арасындағы интераксиалды бөліну кезіндегі көршілес спиральдардың азимутальды бағдарына тәуелділігін зерттеу үшін қолданамыз. Бұл агрегаттардағы поли- және мезоморфизмнің электростатикалық мотивтерін көрсетеді. Біз агрегаттық тығыздықтың айтарлықтай өзгеруімен бірге жүрмейтін әсерлерді ғана талқылаймыз, себебі судың бөлшектік зарядтары макромолекулалар арасындағы қашықтық өзгерген кезде айтарлықтай өзгеруі мүмкін. [Үздіксіз сипаттама тұрғысынан бұл тиімді су диэлектрлік тұрақтысының бұрандалар арасындағы қашықтыққа қатты тәуелділігін білдіреді (30, 31).]

Гидратация күштері (32, 33), сондай-ақ сутекпен байланысатын стерикалық және тікелей әсерлесулерге (24) ДНҚ құрылымы мен орамасының өзгеруі әсер ететінін ескеріңіз. Бұл «электростатикалық емес» күштер талқыланатын ауысуларға ықпал етуі мүмкін, бірақ олардың талдауы бұл жұмыстың ауқымынан тыс.


Қол жеткізу опциялары

1 жылға толық журналға қол жеткізіңіз

Барлық бағалар NET бағалары болып табылады.
ҚҚС кейінірек кассада қосылады.
Салықты есептеу есеп айырысу кезінде аяқталады.

ReadCube -те уақыт шектеулі немесе толық мақалаға қол жеткізіңіз.

Барлық бағалар NET бағалары болып табылады.


Теріс және оң белгілер ДНҚ спиральдарының айналу бұрыштарында нені білдіреді? - Биология

Стэнфорд университетінің медицина мектебі

Стэнфорд, Калифорния 94305-5307

(Келесі материалдардың көпшілігі Стэнфордтың Жетілдірілген молекулярлық биология курсынан алынған, http://cmgm.stanford.edu/biochem201 және оның бөліктерінің авторы басқалар. Атап айтқанда, транскрипция бөлімін Роджер Корнберг жазған. .).

Бұл оқулық молекулалық биологияға шолу жасайды, ол шешетін мәселелер мен ол қолданатын әдістер. Біз генетикалық ақпарат ағынын организмнің фенотипіне (биологиялық сипаттамаларына) ұсынамыз. Біз табиғат ДНҚ гендердің экспрессиясын реттейтін репликация және жөндеу үшін қолданатын молекулалық қадамдарға шолу жасаймыз және хабаршы РНҚ-ны трансляциялау үшін жасушадағы ақуыздарды біріктіріп, метаболизмді реттейміз. Біз сипаттаймыз және нақты мысалдар келтіреміз, онда молекулалық процестерді есептеуге болады. Біз көптеген қадамдарды (эвристикалық, ережеге негізделген, ықтималдық, ақпаратқа негізделген, графикалық теоретикалық және т.б.) бірнеше рет көрсету қажеттілігін атап өтеміз. Біз молекулалық биологияның ақпараттық ғылым ретінде көрінісін ұсынамыз. Біз биологиялық сұрақтарға молекулярлық және биоақпараттық тәсілдерді қатар қоямыз және екеуін де қолданудан туындайтын синергизмдерді сипаттайтын боламыз.

Генетикалық ақпараттың ағымы мен экспрессиясын түсінудің молекулярлық биологиялық тәсілі макромолекулалардың (ДНҚ, РНҚ және ақуыз) құрылымын және геномнан ағзаның фенотипіне ақпарат ағынына делдалдық жасайтын метаболикалық қадамдарды зерттеуді қамтиды. Бұл макромолекулалар үшін генетикалық ақпараттың үлкен мәліметтер базасының пайда болуымен гендердің экспрессиясын және оны реттеуді зерттеуге мүлде жаңа көзқарас дамыды. Бұл сала биоинформатика деп аталады.

Биоинформатика - бұл есептеу молекулалық биологиясының үлкен бөлігінің жиынтығы, ол компьютерлік және ақпараттық ғылымды геномика, картаға түсіру, реттілік және классикалық әдістермен реттілік пен құрылымды анықтау сияқты салаларға қолдануды қамтиды. Биоинформатиканың негізгі мақсаттары үш өлшемді құрылымды бастапқы реттіліктен болжау, биологиялық немесе биофизикалық функцияларды реттілік немесе құрылым бойынша болжау және осы функцияларға негізделген метаболизм мен басқа да биологиялық процестерді модельдеу болып табылады. Осы мақсаттарға компьютерлік және ақпараттық ғылымның көптеген әдістері қолданылады, соның ішінде машиналық оқыту, ақпарат теориясы, статистика, графиктер теориясы, алгоритмдер, жасанды интеллект, стохастикалық әдістер, модельдеу, логика және т.б.. Бұл оқу құралының мақсаты - бұл әдістердің реттілігі мен құрылымы деректер қорында орналасқан деректерден биологиялық бірінші принциптерді ашу үшін қолданылады.

Молекулалық биологтар организмнің фенотипіне геномнан генетикалық ақпарат ағынын зерттейді. Төменде келтірілген жеңілдетілген диаграммада бұл ақпарат ағынының оқулық көрінісі, оның ішінде биологтардың көпшілігі зерттейтін ақпараттық молекулалар, ДНҚ, РНҚ мен ақуыз және олармен байланысты процестер, репликация, транскрипция, аудару және ақуызды таргеттеу көрсетілген.

Бұл геномнан фенотипке, сондай-ақ ұрпақтан ұрпаққа ақпарат ағыны үшін өте маңызды болып табылатын жоғарыда көрсетілген молекулалардың құрылымы мен қызметі. Көрсеткілермен бейнеленетін процестер (репликация, транскрипция, аудару және ақуызды таргеттеу) генетикалық ақпараттың экспрессиясын басқарады. Молекулалық биологияның мақсаты - бұл процестердің механизмін, ерекшелігі мен реттелуін түсіну.

Биоинформатика шабуыл жасауға бейім генетикалық ақпарат ағынының басқа көзқарасы бар:

Жоғарыдағы жолдағы әрбір қадам ақпараттанушы немесе биоинформатик үшін күрделі мәселе туғызады.

    • Сызықтық геномдық ақпарат негізінде 3 өлшемді құрылымды болжау.
    • Молекуланың құрылымын ескере отырып оның қызметін түсіндіреді.
    • Ағзаның биохимиялық функцияларынан метаболизмді имитациялау.

    Молекулалық модельдеу мен молекулалық динамика - бұл функцияны құрылымды болжау үшін қолданылатын көптеген әдістердің екеуі. Функцияны реттілік немесе құрылым бойынша болжау үшін машиналық оқытудың бірнеше әдістері қолданылады. Белгілі биологиялық функцияларды ескере отырып, метаболизмді модельдеудің көптеген әдістері бар.

    Медициналық ғылым бұл жолды жақсы түсінгісі келеді, бұл геномдық өзгерістердің әрбір белгілі тұқым қуалайтын ауруға әкелуі мүмкін екенін білу үшін. Фармацевтика өнеркәсібі аурудың фенотиптерін кері қайтара алатын препараттарды, ақуыздарды немесе генетикалық терапияны өндіру үшін осы жол туралы білімді пайдаланғысы келеді.

    Бактериялар мен эукариоттық геномдардың толық тізбегін анықтауға бағытталған халықаралық күш-жігер генетикалық ақпаратты тікелей түсіндіре алуды қажет етеді. Классикалық биофизикалық, биохимиялық немесе биологиялық әдістермен талдауға қарағанда, белгілі бір гендер мен ақуыздар бар. Мысалы, соңғы 100 жылда әлемдік биохимиктер тек 12 000 ферментті тазартып, сипаттады, сондықтан біз олардың тежелген немесе мутацияланған кездегі қызметі мен фенотипін түсіне аламыз. Барлық әлемнің биофизиктеріне ұқсас санды, 10 000 үш өлшемді құрылымды анықтау үшін 40 жылдан астам уақыт қажет болды. Бірнеше вирустық және бактериялық геномдардың, 1,500,000 -нан астам гендер мен олардың ақуыздық өнімдерінің толық генетикалық ақпаратын анықтау үшін клондау мен жүйелеу әдістерінің пайда болуына жиырма жыл қажет болды. Кезекті анықтаудың бұл жылдам қарқыны біз бұрын көрген құрылымдар мен функцияларды танып білуді талап етеді.

    Бұл құнды генетикалық ақпаратты пайдалану үшін, біз жаңа гендер мен ақуыздарды зерттеу үшін бағалы зертханалық уақытты бөлу үшін жаңа белок тізбегін бар суперфамильдерге және жаңа гендерді қолданыстағы филогенияға жіктеуді үйренуіміз керек. Ең бастысы, біз мысалдардан ой жүгіртіп, дәйектілік мәліметтер базасынан жаңа құрылымдар мен функцияларды шығара білуіміз маңызды. Бұл оқулықтың мақсаты - қазіргі кезде қолданылатын негізгі әдістерді, олардың шектеулерін және биоинформатиканы зерттеудің жетекші бағыттарын қарастыру.

    Құрылым мен функцияны дәйектілікпен анықтау - бірнеше себептерге байланысты күрделі мәселе. Біріншіден, генетикалық ақпарат өте қажет емес. Кодтау аймақтарында, мысалы, әрбір аминқышқылында таңдау үшін орта есеппен 3,05 кодон бар (61 аяқталмайтын кодон/20 амин қышқылы). Бұл адам инсулині сияқты қысқа ақуыздың, ұзындығы 51 аминқышқылдың өзінде бірдей аминқышқылдарының тізбегін кодтай алатын 3 51 немесе 10 24 түрлі ДНҚ тізбегі бар екенін білдіреді.

    Генетикалық ақпаратта да құрылымдық артықшылық бар. Қазіргі ақуыздық мәліметтер базасында 700 -ден астам глобин тізбегі бар. Бұл ақуыздардың барлығы бірдей үшөлшемді құрылымға ие, бірақ олардың реттілігі қазіргі кезде қолданылатын әдістердің көпшілігімен танылмайтындай ерекшеленеді. Бұл әр түрлі ақуыз тізбектері дәл сол бүктемені кодтай алатынын білдіреді, дәл сол сияқты көптеген ДНҚ тізбектері бір ақуыз тізбегін кодтай алады.

    Табиғат генетикалық ақпараттағы бірнеше функцияларды кодтау үшін бұл артықшылықты кеңінен пайдаланады. Бір эукариотты кодтау аймағында ДНҚ тізбегі трансляция жылдамдығын реттейтін кодон таңдауына, ДНҚ-ның хроматинге иілуіне қолайлы динуклеотидтерге, сондай-ақ ақуызды кодтау ақпаратының өзін көрсетеді. Ақырында, генетикалық ақпарат бір өлшемді, бірақ құрылымы мен қызметі үш өлшемді атрибуттарға байланысты.

    ДНҚ құрылымы бұрын ойластырылғаннан әлдеқайда икемді. ДНҚ - әртүрлі биологиялық функциялары бар көптеген конформацияларға әкелетін бірқатар өзгерістерге ұшырауы мүмкін өте икемді молекула.

    2. Уотсон мен Крик ұсынған ДНҚ -ның құрылымы ДНҚ -ның құрылымы оның реттілігіне тәуелсіз деген бір негізгі болжамға байланысты болды.

    3. Біз енді ДНҚ сегменттерінің рентгендік кристалды құрылымын талдаудан білеміз, ДНҚ құрылымы реттілікке байланысты күрт өзгереді.

    4. Уотсон-Крик құрылымы генетикалық ақпараттың репликациясы мен транскрипциясына көптеген әсер етті.

    5. ДНҚ құрылымының өзгермелілігі генетикалық ақпараттың экспрессиясын реттеуге де маңызды әсер етеді.

    A. ДНҚ-ның Уотсон-Крик моделінің бірінші маңызды нәтижесі молекуланың қос спиральды болуы және екі тізбекте бір-бірін толықтыратын негіздік тізбектердің болуы болды. Бұл генетикалық ақпараттың артық екенін білдірді. Бұл резервтеу зақымдалған ДНҚ -ны жөндеуге мүмкіндік береді және жіптерді бөлу арқылы ДНҚ -ның репликациясын жеңілдетеді.

    B. Уотсон-Крик құрылымының тағы бір маңызды нәтижесі ДНҚ тізбектерінің параллельді болмауында болды. Параллельді тізбектер репликация мен транскрипция үшін айтарлықтай қиындық туғызады.

    C. ДНҚ негізі жұптарының бір-біріне ұқсастығы да жүз миллионнан кем қатемен адал репликацияны ауыр тапсырмаға айналдырады.

    D. Әр түрлі дәйектіліктің құрылымдық ұқсастығы генетикалық бақылау орындарын тануды қиындатады.

    1. ДНҚ-ның В-формасы үшін Уотсон мен Крик құрылымының шығу тегі мен эксперименттік қолдауына шолу.

    2. Негізгі химиялық талдаудан Уотсон мен Крик білген:

    A. ДНҚ құрамында ұзын полимерлі тізбектер болды.

    B. ДНҚ құрамында 5 '& AElig 3' фосфодиэстер байланысында дезоксирибонуклеозидтер бар.

    C. Рентген сәулелерінің дифракциясы спиральды құрылымды ұсынды.

    - Крест үлгісі бұрамалы бұрышты 45 & 176 шамасында ұсынды.

    - Осьтік шағылыстар 3.4 және 34 & Aring қайталанатын бірліктерін берді.

    - Радиалды шағылысу талшықты ені 20 & Aring берді.

    Д.Чаргафтың жұмысы көрсеткендей, ДНҚ -ның негізгі құрамы әр түрлі организмдерде әр түрлі, бірақ әр түрлі негіздердің мөлшерлері арасындағы белгілі бір байланыстар әрқашан сақталады. Бұл қатынастар Chargaff ережелері деп аталады:

    - Аденин мөлшері тиминнің мөлшеріне тең.

    - гуанин мөлшері цитидин мөлшеріне тең.

    - аденин мен гуаниннің жалпы мөлшері 50% құрайды

    Бұл ДНҚ негіздерінің 50% пуриндер екенін білдіреді.

    - Тимин мен цитозиннің мөлшері жалпы мөлшердің 50% құрайды

    Бұл ДНҚ -дағы 50% негіздердің пиримидиндер екенін білдіреді.

    Э.Уотсон мен Крик Чаргафтың теңдіктерін түсіндіру үшін жұптастырудың негізгі ережелерін ұсынды.

    - Олар сутек байланыстарымен байланысқан негізгі жұптарды таңдады.

    - Негіздер рН 7.0 кезінде қалыпты таутомерлік формада (зарядталмаған) болды.

    - Олар гликозилді байланыстардың қабаттасатын орындарын беретін AT жұбын және GC жұбын таңдады. Нәтижесінде ДНҚ -ның құрылымы реттілікке тәуелсіз болады.

    - Рентгендік кристаллография тәжірибелерінде байқалған алғашқы негіз жұптары Уотсон және Крик негіз жұптары емес, Гугштейн негіз жұптары болды.

    F. Әр негізгі жұптың дезоксирибозасы қарама -қарсы бағытта бекітілген.

    G. Әрбір негіз антиконформацияда болды.

    Нуклеозидтердің бұл конформациясы нәтижесінде спиральда ДНҚ тізбектерінің қарама -қарсы полярлығы пайда болды.

    I.Бұл конформация және нәтижесінде антипараллельді тізбектер әрбір базалық жұпта диад симметрия осін (екі еселік айналу симметрия осі) жасайды. Дьяд осьтері ДНҚ -мен байланысатын ақуыздар үшін өте маңызды. ДНҚ байланыстыратын ақуыздардың көпшілігі симметрия осіне ие және симметриялы ДНҚ тізбектерімен байланысады.

    J. Бұл құрылым негізгі қайталанатын бірлік ретінде негізгі жұпқа ие және әрбір негізгі жұп арасындағы қосымша симметрия осіне әкеледі.

    К.Ватсон мен Крик содан кейін базалық жұптарды фосфодиэфирлік байланыстармен байланыстырды, олар 3.4 & Aring негіздерін бір -бірінен алшақтатып, әрбір келесі негізгі жұпты 36 ° айналдырды. Бұл айналу әр айналымда 10 негіз және әр 3,4 және 34 Å сайын қайталанатын элементтерден тұратын оң жақ қос бұралуды жасайды.

    L. Гликозилдік байланыстың доғал бұрышы спиральда үлкен және кіші ойықтарға әкеледі, әр топта белгілі бір топтар болады.

    M. Негіздері спираль осіне перпендикуляр болды.

    В-ДНҚ-ның кристалдық құрылымы

    1. Уотсон-Крик ұсынысынан кейін 30 жылдан кейін Дикерсон мен Рич кристалдық ДНҚ-ның толық құрылымын анықтады. ДНҚ -ның қысқа синтетикалық сегменттерінің үлкен мөлшерінің синтезіндегі жетістіктер олардың әрқайсысына бірегей ДНҚ тізбегін кристалдандыруға мүмкіндік берді.

    2. Дикерсонның В пішінді кристалдары көп жағдайда Уотсон-Крик моделін растады. ДНҚ антипараллельді жіптері бар қос спиралді болды. Уотсон мен Крикте байланысқан негіздер ортасында сутегі байланысы бар жұп.

    3. Сонымен қатар екі негізгі айырмашылық болды.

    A. Біріншіден, негізгі жұптар тегіс емес, бір-біріне қатысты бұралған. Бұл бұрандалы бұрылыс деп аталды.

    B. Бір негізгі жұптан екіншісіне айналу болжанғандай тұрақты 36 ° емес, оның орнына 27 ° -дан 40 ° -ға дейін өзгерді. Бұрылу бұрышының бұл өзгеруі өте маңызды болды, өйткені ол В-ДНҚ құрылымы реттілікке тәуелді екенін білдіреді.

    4. Негізгі жұптардың бұрандалы бұралуы спиральдың ортасында пурин-пуринді қақтығысқа әкеледі. Пуриндер пиримидиндік сақиналардан үлкен болғандықтан ДНҚ -ның спиральды осінен асып кетеді.

    5. ДНҚ пурин-пурин қақтығысын бірнеше жолмен азайтуға тырысады:

    A. Негізгі жұптар пурин-пиримидиндік тізбектерде спираль осі бойымен аз айналады (төменгі бұрандалы бұралу). Олар пиримидин-пурин тізбегінде азырақ айналуға бейім (орташа спираль тәрізді бұралудан төмен). Орташа бұралу әлі де Уотсон мен Крик ұсынған 36 & 176 -ға өте жақын болды.

    B. ДНҚ пурин-пурин қақтығыстарын азайтудың тағы бір жолы - өзара әрекеттесуді азайту үшін оның кіші тоғайға немесе негізгі ойыққа қарай иілуі.

    C. Соңында бір-біріне қарама-қайшы келетін базалық жұптар пурин-пурин әрекеттесуін азайту үшін фосфодиэфирлік магистральдарға қарай солға немесе оңға сырғуы мүмкін.

    6. Бұл құрылымдық вариациялардың ең маңызды салдары ДНҚ-ның нақты құрылымы реттілікке қатты тәуелді. Фосфат топтарының позициялары, ДНҚ -дағы амин және кето топтарының позициялары болжамды түрде реттілікті көрсетеді. Ағымдағы зерттеулер бұл құрылымдық кодты түсінуге және ДНҚ-ны реттейтін реттелетін ақуыздар ДНҚ-ны тануда осы вариацияны қолданатынын анықтауға бағытталған.

    1. ДНҚ -ның В түрінен айырмашылығы биологиялық маңызы бар басқа да көптеген формалары бар. Ең танымалы - ДНҚ сусыздандыру кезінде немесе РНҚ-ДНҚ гибридті спиральдарда қабылдайтын А-формасы.

    2. Негізгі жұптар бұрандалы оське перпендикуляр емес, керісінше олар тік бұрышпен қисайған.

    3. А түрінде базалық жұптар спиральды ось бойымен бір-біріне жақын орналасқан 2.55 & Aring центрден орталыққа дейінгі қашықтық.

    4. А-тәрізді ДНҚ-ның бұрандалы қадамы 28 және Арингте 34 және Арингке қарағанда 11 айналым жұбына жақын. Нәтижесінде А-пішіні В-формасына қарағанда 25% қысқа. ДНҚ құрғаған кезде кішірейеді.

    5. Егер ақуыздың ДНҚ -мен байланысуы суды кетірсе, бұл ДНҚ -ның өзгеруіне әкелуі мүмкін, осылайша өзара әрекеттесуді тұрақтандырады.

    6. Еңкейтілген негіз жұптары РНҚ тізбегіндегі 2' оттегі үшін орын береді, сондықтан құрамында кемінде бір РНҚ тізбегі бар барлық қос спиралдар А-пішінде болады.

    7. Дуплексті РНҚ (мысалы, полиомиелит вирусы РНҚ сияқты көптеген вирустық РНҚ-ның репликациялық аралық өнімдерінде кездеседі) әрқашан А-түрінде болады.

    1. Өзін-өзі толықтыратын полимер (CG) 3 жоғары иондық беріктік жағдайында кристалданған кезде ДНҚ-ның Z формасы деп аталатын өте ерекше формасы ашылды.

    2. Z-формасының В-формасынан айырмашылығы бірнеше:

    A. спираль оң қолдың орнына солақай болды.

    B. Спираль екі емес, бір ғана ойықты көрсетті.

    C. Бір тізбек бойындағы нуклеотидтер син- және конформацияға қарсы ауысады. Гуанозиндердің барлығы син конструкциясында, ал цитидиндердің барлығы В-тәрізді антионформацияда.

    3. Басқа көптеген жағдайларда екі форма ұқсас:

    A. Екі пішін де қос спираль тәрізді және екеуінің де химиялық полярлығы қарама-қарсы екі тізбегі бар.

    Б.Уотсон мен Крик сутегі байланыстары тізбектерді бір -біріне бекітеді.

    4. З-ДНҚ-дағы пурин мен пиримидиндер арасындағы конформациялар кезектесетіндіктен, негізгі қайталанатын қондырғы енді негізгі жұп емес, динуклеотид болып табылады. Бұл әрбір негізгі жұпта осьтік диадр симметриясының жоқтығын білдіреді, тек негізгі жұптардың арасында.

    5. Табиғаттағы Z-ДНҚ-ның ең жақсы дәлелдері даулы. Ең жақсы дәлелдердің кейбірі арнайы Z-ДНҚ құрылымына бағытталған антиденелерді қамтитын эксперименттерден алынған. Кейбір авторлар бұл цитологиялық препараттарда ДНҚ-ның Z-формасының болуы препараттың артефакті екенін және хромосомаларды мұқият дайындаса, Z-ДНҚ антиденесі жоқ немесе өте аз қосылмайтынын көрсетті.

    6. Z-ДНҚ физиологиялық жағдайларда пуриндер пиримидиндермен кезектесетін табиғи ДНҚ тізбегінде түзілуі мүмкін деп айтуға болады. Z-ДНҚ жасушаларда пайда бола ма және табиғат осы ерекше форманы қолдана ма-бұл әлі де болжам.

    7. ДНҚ-ның Z-пішіні мен В-пішіні сияқты екі түрлі құрылымды қабылдау мүмкіндігі тізбектердің көптеген адамдар бұрын мүмкін деп есептегеннен әлдеқайда икемділікке қабілетті екенін көрсетеді.

    1. Екіден астам тізбектің жұптасуын қамтитын ДНҚ -ның бірнеше жаңа формалары, сонымен қатар параллель тізбектер қатысатын формалар сипатталған. Бұл құрылымдар әдетте ДНҚ -ның белгілі бір тізбегімен түзіледі және терең биологиялық салдары болуы мүмкін.

    А. Уэллс пен басқаларда олигопурин-олигопиримидин тізбектері бір-бірінен үш еселенген аймақтан және бір тізбекті аймақтан тұратын ішкі аймақ құруға болатынын көрсететін дәлелдер бар. Үшінші тізбек Гугштейннің негізгі жұптарындағыға ұқсас сутегі байланысын қолдана отырып, ДНҚ-ның дуплексінің негізгі ойығында негізгі жұптасады.

    Б.Сен және Гилберт арнайы гуанинге бай тізбектері бар ДНҚ спиральдары төрт тізбекті құрылымдар құру үшін өздігінен байланыса алатынын хабарлады. Екі спираль Гогштейн жұптастыру арқылы сутегімен байланысқан.

    К. Том Чех пен Аарон Клугтың зертханалары эукариоттық хромосомалардың ұштарында табылған тізбектер митоз кезінде хромосома ұштарын біріктіруге қатысатын G-квартеттері деп аталатын арнайы тетрануклеотидтік негіз жұптарын құра алатынын көрсетті.

    Д.Энглунд және басқалар ДНҚ -ның белгілі бір тізбегінің электрофорез кезінде ерекше миграцияға ұшырағанын байқады. Мұндай ДНҚ-ның талдауы олардың құрамында 3-4 As немесе Ts қатарынан жиі болатынын және бұл жүгірулер әр 10 негізгі жұпта қайталанатынын көрсетті. Мұндай жүгіру ДНҚ -ның кіші ойыққа қарай иілуіне әкеледі және қайталанатын табиғат ДНҚ спиралын тұтастай бір бағытта иілдіреді.

    Э. Том Джовин мен Йохан ван де Санде АТ-қа бай ДНҚ тізбегінің параллельді қос спиральдық құрылымды құру үшін негіздік жұп құра алатынын көрсетті. Бұл құрылымдар физикалық түрде ДНҚ-ның В-формасына өте ұқсас, бірақ олар көптеген ферменттер үшін субстрат ретінде тиімсіз.

    Дикерсон, Р.Э. (1992). А-дан Я-ға дейінгі ДНҚ құрылымы. Энзимология әдістері 211, 67-111.

    Хагерман, П.Ж. (1990). ДНҚ Аннуының реттілікке бағытталған қисаюы. Аян Биохимия 59 , 755-781.

    Герберт, А. және Рич, А. (1996). Солақай Z-ДНҚ биологиясы. J Biol Chem, 271 (20), 11595-8.

    Джонстон, B. H. (1992). Z-ДНҚ генерациясы мен анықталуы. Ферментол әдістері 211, 127-58.

    Rich, A., Nordheim, A. and Wang, A. H. J. (1984). Солақай Z-ДНҚ-ның химиясы мен биологиясы. Биохимияның жылдық шолуы, 53, 791-846.

    Рич, А. (1993). ДНҚ әр түрлі формада келеді. Ген, 135 (1-2), 99-109.

    Рич, А.(1994). Солақай З-ДНҚ-ның биологиялық рөлі туралы болжам. Ann N Y Acad Sci, 726, 1-16 талқылау 16-7.

    Риппе, К. және Джовин, Т.М. (1992). Параллель тізбекті дуплексті ДНҚ. Фермент 211, 199-220 әдістері.

    Траверс, А.А. (1990). Неліктен ДНҚ -ны бүгу керек? Ұяшық , 60 (2), 177-80.

    Уотсон, Дж.Д. және Крик, Ф.Х.С. (1953а). Нуклеин қышқылдарының молекулалық құрылымы. Табиғат 171, 737-738.

    Уотсон, Дж.Д. және Крик, F. H. C. (1953b). ДНҚ құрылысы. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Биол. 18 , 123-131.

    Уэллс, R. D. (1988). Шолу: ДНҚ -ның ерекше құрылымдары. J. Биол. Химия. 263, 1095-1098.

    Уильямсон, Дж.Р. (1994). Теломерлік ДНҚ-дағы G-квартеттік құрылымдар. Annu Rev Biophys Biomol Struct, 23, 703-30.

    Құрылым дерекқоры c http://ndb-mirror-2.rutgers.edu/NDB/ndb.html

    Молекулалар R АҚШ http: //molbio.info.nih.gov/cgi-bin/pdb

    Kinemage бағдарламасы және №9 http://www.faseb.org/protein/kinemages/MageSoftware.html

    Ақуыз/ДНҚ кинематографы http://www.faseb.org/protein/ProTeach/

    ДНҚ -дан айырмашылығы, оның негізгі рөлі генетикалық ақпаратты сақтау, РНҚ жасушада көптеген рөл атқарады. РНҚ құрылымдық жағынан ДНҚ-ға қарағанда әлдеқайда икемді, себебі ол әдетте дуплексті емес, бір тізбекті және дуплексті аймақтардың қоспасы болып табылады. 2’-гидроксильді химиялық топтың болуы сонымен қатар РНҚ-ны химиялық тұрғыда тұрақсыз етеді және ұзақ уақыт бойы генетикалық ақпараттың үлкен көлемін сақтауға молекула ретінде әдетте жарамсыз етеді. РНҚ сілтілік жағдайда және екі валентті металл иондарының қатысуымен оңай бөлінеді, олардың екеуі де 2 ’ гидроксил тобын депротондайды, содан кейін 3 ’ позициясында эфирленген фосфатқа шабуыл жасайды, нәтижесінде тізбектің бөлінуі мен 2 ’, 3’ циклдік фосфодиэфирлік терминалдар тобы.

    РНҚ -ның жалғыз тізбекті аймақтары да жасушадағы рибонуклеазалардың шабуылына өте сезімтал. Көптеген РНҚ -лардың, әсіресе хабаршы РНҚ -ның өмір сүру ұзақтығы бір жасушадан аз. Бұл қысқа өмір сүру ұзақтығы жасушалардың қоршаған ортаның өзгеруіне жауап беруі үшін өте маңызды. Рибосомалық РНҚ, тРНҚ және кіші ядролық РНҚ сияқты басқа РНҚ-лар айтарлықтай екінші реттік құрылымға ие және кейбіреулері белоктармен комплекстермен қорғалған, оларды одан әрі тұрақтандырады.

    Соңғы 10 жылда көптеген РНҚ-ның тіпті ферментативті реакцияларды катализдей алатыны хабарланды. Мұндай РНҚ рибозималар деп аталады және олардың қатарына І топ интрондары, шаш түйреуіш рибозимдері және балға басы рибозимдері кіреді. Жақында рибосомалық РНҚ -ның өзі пептидилді тасымалдауда маңызды рөл атқаратыны дәлелденді. РНҚ және РНҚ протеиндік кешендері тіршілік эволюциясындағы бастапқы катализаторлар белоктар емес, РНҚ болуы мүмкін деген болжам жасайтын бірнеше реакцияларға делдал бола алады (РНҚ әлемдік гипотезасы).

    Бұл РНҚ -ның құрылымын түсіну олардың функциясын түсіну үшін өте маңызды, оның ішінде олар химиялық реакцияларды қажетті спецификамен және үдеумен катализдей алады. Соңғы 15 жыл ішінде мұндай икемді және сезімтал молекулаларды кристалдандыру қиын болғандықтан РНҚ -ның бір -екі құрылымы ғана анықталды. Рибозим құрылымын оның субстратына енді әсер етпейтіндей өзгерту немесе олардың құрылымын анықтау үшін ерітінді әдістерін қолдану (ЯМР және флуоресценттік энергия тасымалдау) олардың механизмі туралы болжам жасауға мүмкіндік беретін жеткілікті дәлдікпен бірқатар жаңа рибозима құрылымдары анықталды. . Бұл бөлімде біз РНҚ құрылымын және бұл құрылым оның қызметіне қалай әкелетінін талқылаймыз.

    РНҚ құрылымын анықтауда базалық жұптастыру және қабаттастыру

    РНҚ құрылымы негізінен базалық жұптастырудан және базалық жиналудан туындайды. Стандартты Уотсон-Крик базалық жұптарынан басқа, РНҚ-ның үшінші құрылымдарын тұрақтандыратын көптеген басқа негіздер бар, соның ішінде G-A сәйкес келмейтін жұптар (Гугштейн тәрізді негіз жұптары), үш негіздік жұптар және GU негізгі жұптары. Соңғы негіз жұбы РНҚ сабақтарын тұрақсыздандырмайды және сабақты жалғастыруға мүмкіндік беру арқылы айтарлықтай жинақтау энергиясын қоса алады. Бастапқыда базалық жұптасу РНҚ сабақтарының және дуплекстердің тұрақтылығына жауап береді деп болжанған. Сабақтар мен спиральдардың тұрақтандыру энергиясын анықтауда маңыздырақ болатын іргелес негіз жұптарының қабаттасуы екені тез анықталды. Алайда, тРНҚ мен басқа құрылымдарда жеке базалық жұптар түзіліп, құрылымға тұрақтандырушы әсер ететін бірнеше жағдайлар бар.

    Базалық жұптардың тұрақтандырушы әсерінен басқа, РНҚ ішінде тұрақсыздандыратын көптеген құрылымдар бар. Оларға бір негізді сәйкессіздіктер, бірнеше сәйкес келмейтін интерьерлік ілмектер, көптеген негіздері бір жіпшелі болып келетін дөңес ілмектер, үш және төрт бағытты бұтақтар, бір жіп тәрізді ілгектер және т. , осы сәйкес келмейтін аймақтардың тұрақсыздану энергиясы тек бағаланған.

    РНҚ молекулаларының қатарын тек бірізділіктен болжау үшін көп күш жұмсалды. Қолданылған әдістерге мыналар жатады:

    1) Негізгі жұптарды көбейту (нашар)

    2) Базалық жұптық энергияны барынша арттыру (дұрыс емес)

    3) жинақтау энергиясын көбейту (жақсы)

    4) Жалпы энергияны барынша көбейту (ең жақсы)

    Барлық осы әдістердің басты проблемаларының бірі - олар РНҚ -ның икемді екендігін және оның көптеген бәсекелес құрылымдарды құра алатынын ескермеуі. Бұл бәсекелес құрылымдардың барлығын жасушада РНҚ -ның бүктелуі кезінде пайда болатындай бағалау өте маңызды. Егер ақуыздың қатпарлануы жағдайында РНҚ қатпарлану процесін катализдейтін белоктар болса, ең тұрақтанған құрылымды болжау мүмкін болмауы мүмкін. Алайда, Х. Мартинестің ең сәтті РНҚ бүктеу бағдарламаларының бірі көптеген мүмкін құрылымдарды ескереді және шын мәнінде ең тұрақты формадағы килокалориялардың белгілі бір санындағы көптеген потенциалды құрылымдарды ұсынады. Мартинестің РНҚ бүктеу ережесіндегі қағазы РНҚ-ны бүктейтін алгоритмді сипаттайды, өйткені ол in vivo болады деп күткендей, ең тұрақты екінші құрылым элементін алдымен, сосын келесісін, содан кейін келесісін бүктейді.

    Бәсекеге қабілетті РНҚ құрылымдарының in vivo ең жақсы мысалдарының бірі триптофан оперонының әлсіреу арқылы реттелуі болып табылады.

    РНҚ -ның бүктелуінің тағы бір маңызды аспектісі - бүктеу топологиясы. Егер РНҚ -ның бір -біріне сәйкес келетін екі аймағы басқа аймақпен жұптаса, РНҚ жалған түйін деп аталатын құрылымда құлыпталуы мүмкін. РНҚ құрылымын болжау бағдарламаларының көпшілігі псевдокноттар құра алатын аймақтарды анықтауға немесе болжауға қабілетті емес.

    tRNA құрылымдары алдыңғы бөлімде айтылған әрбір нүктені суреттейді. ТРНҚ -ның алғашқы реттілігін Холли мен оның әріптестері анықтады, олар Нобель сыйлығын алды. Өзін-өзі толықтыратын төрт ұзындық тізбегінің болуына байланысты тізбектің өзі дереу жоңышқа қосалқы құрылымды ұсынды. Бұл жоңышқа жапырақты құрылымында төрт бағытты орталық тармағы бар төрт бағаналы ілмек болды. Алайда, кристалды құрылым әдістерімен тРНҚ-ның нақты құрылымы анықталғанға дейін, L-тәрізді құрылым бағаланды. Екі жұп сабақтар бір -бірінің үстіне салынған және екі ілмектің бірнеше негіздері бір -бірімен жұптасып, бүкіл құрылымды L пішінінде ұстап тұрады, оның бұрышы 80 -ден 130 -ға дейін.

    РНҚ құрылымдары мен базалық жұптар қазір көптеген организмдердің РНҚ-ларының филогенетикалық жиынтықтарынан жиі болжанады. Әрқашан бір-бірімен корреляцияланатын позицияларды іздеу арқылы заттай дәлелдер болмаған кезде базалық жұптауды шығаруға болады. Сонымен қатар, тРНҚ синтазалары сияқты басқа молекулалармен өзара әрекеттесуді, тіпті өзара әрекеттесуді де болжауға болады.

    16 және 23 S рибосомалық РНҚ - бұл өте ұзақ және анықтау қиын құрылымдар. Қолданылатын әдістердің кейбірі, компьютерлік іздеуден басқа, химиялық және нуклеазалық сезімталдықты, кросс-байланыстырушы агенттерді, ақуыз-РНҚ көлденең байланыстарын, флуоресцентті тасымалдауды, 2 өлшемді ЯМР т.б. қамтиды. бұл үлкен РНҚ Интернеттегі RiboWeb бетінде сақталады. Рибосомалық РНҚ сонымен қатар көптеген рибосомалық РНҚ ақуыздарымен әрекеттеседі, бұл кейбір базалық әрекеттестікті одан әрі тұрақтандырады.

    Hammerhead РНҚ-бұл өздігінен бөлінетін шағын РНҚ, құрамында бірнеше вироидтар мен вирустық спутниктік РНҚ-да сақталған мотив бар, олар айналмалы шеңбер механизмі арқылы өздігінен репликацияланады. Құрылым үш сабақты қамтиды, әдетте I, II және III деп белгіленеді, III сабағы қысқа (5 ​​негізгі жұп) II сабақпен дерлік сәйкес келеді. I сабағы ІІ және ІІІ сабақтармен үш жақты қосылыс жасайды, ал I сабағында рибозиманы бөліп шығаратын байланысы бар С-17 қалдықтары бар. Бұл облигацияның төңірегінде өте жақсы сақталған 15 қалдық бар, олардың тоғызы жұпталмаған. Төрт пурин (GAAA) жүгіру цитозин-17-ге жақын орналасқан, онда бөліну жүреді. Кристалды құрылымдар бұл аймақта да екі валентті металды байланыстыру учаскесінің бар екенін көрсетеді. Көптеген каталитикалық рибозималарда каталитикалық торап қатысатын циклде GARA тізбегі бар сабақты ілмек болады (мұндағы R A немесе G болуы мүмкін). Бұл пуриндердің жинақталуы жіптердің бөлінуін катализдей алатын екі валентті металл ионын үйлестіре алатын қатты құрылымды құрайды деп есептеледі.

    Рентген сәулелерімен және флуоресцентті тасымалдау арқылы анықталған балға рибозимасының құрылымы кейбір айырмашылықтарды көрсетеді. Біріншіден, барлық РНҚ рибозимінің кристалды құрылымы GAAA өте сақталған тізбегінің орнына GUAA тізбегімен синтезделді. Екіншіден, каталитикалық реакция цитозиннің белсенді учаскесінің 2 ’O метилизациясымен бөгеледі. Құрылымда белсенді сайттың жанында екі Hoogstein GA негізгі жұптары бар.

    Протеиндер нуклеин қышқылдарына қарағанда құрылымы жағынан икемді, өйткені қалдық түрлерінің саны көп болғандықтан да, полипептидтік магистральдың икемділігі жоғарылайды және заряд тығыздығы төмен. Ақуыздар жасушада ферменттер, құрылымдық компоненттер, мембраналық компоненттер, шаблондар, субстраттар және реакциялар өнімдері ретінде көптеген рөлдерді атқара алады. Ақуыз алмасуының көптеген аспектілері жасушамен катализденіп, реттеледі. Бұған олардың сөйлеу жылдамдығы, аудармасы, бүктелуі, ұялы орналасуға бағытталуы және олардың деградациясы жатады. Ақуыздар мен олар катализдейтін қызметтер-оларды кодтайтын гендердің соңғы өнімі. Ақуыздардың маңызды қызметтерінің бірі - басқа белоктардың экспрессиясын реттеу.

    Бұл бөлімде біз белоктардың компоненттерін, олардың коваленттік құрылымын, олардың коваленттік емес өзара әрекеттестіктерін, мотивтер мен домендер сияқты жоғары ретті құрылымдарды талқылап, содан кейін ақуыз қатпарларының әр түрлі мысалдарын келтіреміз.Оқулықта ұсынылған материалды қарап шығу үшін Kinemage 4.2 бағдарламасын және Proteach Kinemage жинағын жүктеп алу өте пайдалы болады. Бұл бағдарламаны және Proteach файлдарын алу үшін орындар көрсеткіштері курстың веб -бетінде орналасқан.

    Ақуыздардың амин қышқылының қалдықтары сутегі мен бүйірлік тізбек тобы R бекітілген альфа көміртегімен байланысқан амин тобымен және карбоксил тобымен анықталады. Ең кіші амин қышқылының, глициннің орнына сутегі атомы болады. бүйірлік тізбек. Барлық басқа аминқышқылдарында ерекше R топтары бар. Басқа амин қышқылдарының альфа көміртегі төрт түрлі компоненттен тұратындықтан, альфа көміртегі атомы асимметриялық орталық болып табылады және табиғи түрде кездесетін аминқышқылдары L түрінде болады.

    Аминқышқылдары гидрофобты, соның ішінде табиғи түрде кездесетін бірнеше топтарға бөлінеді. гидрофильді, зарядталған, негіздік, қышқылдық, полярлық, бірақ зарядталмаған, кіші полярлы, кіші гидрофобты, үлкен гидрофобты, хош иісті, бета тармақты, құрамында күкірті бар. Гидрофильді аминқышқылдарын кейде полярлық деп атайды және негізінен ақуыздың сыртында орналасады. Көптеген аминқышқылдары бірнеше топқа бөлінеді, өйткені әрбір амин қышқылының бүйірлік тізбегі бірнеше қасиетке ие.

    Аминқышқылдары бір -бірімен пептидтік байланыс арқылы байланысады. Пептидтік байланыстар бір амин қышқылының карбоксил тобының және екіншісінің амин тобының дегидратациясы нәтижесінде түзіледі. Амин және карбоксил топтарындағы электрон орбитальдарының резонанстық құрылымына байланысты пептидтік байланыс жазық болады.

    Амин тобы мен альфа көміртегі және альфа көміртегі мен карбоксил тобы арасындағы екібұрышты бұрыш еркін айналады және бұл бұрыштар phi-psi бұрыштары деп аталады.

    Ең кіші бүйір тізбегі бар глицин phi-psi бұрыштары бойынша ең конформациялық икемділікке ие. Басқа аминқышқылдары бүйірлік тізбектердің стерикалық кедергісіне байланысты айналуына шектеледі. Хи-1, хи-2 және т.б. деп аталатын әр түрлі байланыстар бойынша бүйірлік тізбектердің екі бұрышты бұрыштарының айналуы сонымен қатар бүйірлік тізбектің әр түрлі элементтері үшін де шектелген. Бүйірлік тізбек омыртқаға байланған пролин ең шектеулі, тек екі конформацияға рұқсат етілген.

    Белок құрылымын анықтайтын күштер

    Белок құрылымын анықтайтын бірнеше коваленттік және коваленттік емес күштер бар. Күштер тізіміне мыналар кіреді (толық емес):

    1) тікелей көршілес атомдар арасындағы ван-дер-Ваальс әрекеттесуі. Бұл ковалентті емес күштер бір атом ядросының басқа атомның электрондары үшін ковалентті емес формада тартылуынан туындайды (орбитальдарды бөліспейді). Бұл күштер коваленттік әсерлесуге қарағанда әлдеқайда әлсіз және өзара әсер ету арақашықтығы коваленттік байланыстарға қарағанда әлдеқайда ұзын және басқа коваленттік емес әсерлесулерге қарағанда әлдеқайда қысқа. Ван-дер-Ваальс әрекеттесулері 3 және 4 &Аринг арасындағы қашықтықта болады. Олар 5 пен Арингтен өте әлсіз және электрондардың итеруі атомдардың 3 пен Арингке қарағанда жақындауына жол бермейді. Ван дер Ваальс әрекеттесулері бағытсыз және өте әлсіз. Алайда протеиндердің орталық гидрофобты ядросында осындай көптеген өзара әрекеттесудің аддитивті әсерінен тұрақтандырудың маңызды энергиясын алуға болады.

    2) гидрофобты күш. Гидрофобты күш-шынымен де ковалентті емес теріс күш. Су ерітіндісінде гидрофобты бүйірлік тізбектердің болуы құрылымды судың пайда болуына әкеледі (гидрофобты бүйірлік тізбектердегі миниатюралық мұз кристалдары тәрізді су молекуласының клатраттық торлары пайда болады). Су молекулаларының энтропиясының бұл төмендеуі өте қолайсыз, нәтижесінде гидрофобты бүйірлік тізбектерді ақуыздың ішкі бөлігінде көмілген күйде ұстау үшін күшті күш пайда болады. Гидрофобты күш белок құрылымын анықтайтын ең үлкен факторлардың бірі болып табылады. Біз қарастыратын қосалқы құрылымдық элементтердің көпшілігінің амфипатикалық сипаты бар, бір гидрофобты және бір гидрофильді жағы, өйткені құрылым белоктың бетінде жатыр.

    3) электростатикалық күштер. Қарама-қарсы зарядталған бүйірлік тізбектердің тартылуы екінші және үшінші құрылымдарды тұрақтандыратын тұз көпірлерін құруы мүмкін. Электростатикалық күш өте күшті, зарядталған атомдар арасындағы қашықтықтың квадраты ретінде төмендейді. Бұл ақуыз еріген ортаның диэлектрлік тұрақтылығына да байланысты. Ол вакуумда ең күшті және суда 80 есе әлсіз, ал жоғары тұз ерітінділерінде әлсіз. Су мен иондар электростатикалық өзара әрекеттестікті қорғай алады, олардың күші мен жұмыс істеу қашықтығын азайтады.

    4) дипольдік моменттер. Диполь моменттері тұз немесе ион көпірін рұқсат етуден гөрі үлкен қашықтыққа бөлінген зарядтар жұбынан туындайды. Дипольдік момент құрылымдық элементтің бүкіл ұзындығы бойынша электр өрісін тудыруы мүмкін және оны көбінесе ақуыздар зарядталған субстраттар мен өнімдерді тарту және орналастыру үшін пайдаланады. Пептидтік тізбектің табиғи түрде дипольдік моменті бар, себебі N-соңында шамамен 1/2 оң заряд, ал C-терминуста шамамен 1/2 бірлік теріс заряд бар. Альфа-спираль С-терминалында жартылай теріс зарядты және N-ұшында оң зарядты алып жүретіні белгілі. Бұл зарядтың таралуын бейтараптандыруға көмектесу үшін альфа спиральдарда көбінесе олардың N-соңғысына жақын қышқыл қалдықтары және олардың C-соңысына жақын негізгі қалдық болады.

    5) сутегі байланыстары. Сутектік байланыстар оттегі мен азот сияқты нуклеофильді атомдар жұптары сутегі алмасқанда пайда болады. Сутегі кез келген нуклеофильді атомға (Н-байланыс доноры) ковалентті түрде қосылып, басқа атоммен (Н-байланыс рецепторы) бөлісілуі мүмкін. H-байланыстары өте бағытталған және бұрыш өзгергенде олардың беріктігі күрт нашарлайды. Сутектік байланыстар, жалпы алғанда, белоктардың таза тұрақтандыру энергиясына ықпал етпейді, өйткені бір-бірімен нативті ақуыз құрылымында бір-бірімен сутегі байланысатын топтар денатуратталған күйде сумен сутегімен байланыса алады. Алайда, сутектік байланыстар өте маңызды, өйткені олардың бағыттылығы олар бүйірлік тізбектер арасындағы өзара әрекеттесу геометриясын басқара және шектей алады. Бұл карбоксил тобы мен пептидтік аминқышқылдары арасындағы альфа спираль мен бета тізбегінің конформацияларын тудыратын сутектік байланыс үлгілерінде айқын көрінеді.

    6) коваленттік байланыс қашықтығы және бұралу бұрыштары. Коваленттік байланыстардың негізгі қасиеттері - ақуыздарды бір -бірімен байланыстыратын қашықтықтар мен байланыс бұрыштары. Атап айтқанда, бір атомның екі жағындағы екі көршілес байланыс арасындағы байланыс бұрыштары немесе үш іргелес байланыс пен екі атом арасындағы екібұрышты бұрыштар белок қатпарының геометриясын басқарады. Әртүрлі қосалқы құрылымдық элементтер үшін қолайлы екібұрышты бұрыштар төменде талқыланады.

    Ақуыз құрылымының деңгейлері

    Төменде белок құрылымының төрт деңгейі бар. Аминқышқылдарының тізбегі әдетте ақуыздың бастапқы құрылымы деп аталады. Екінші реттік құрылым полипептидтік байланыстың қатпарлануының бірінші деңгейі болып табылады және ол 1) пептидтік байланыстың жазық табиғатымен және әрбір амин қышқылының альфа көміртектеріне қатысты phi-psi бұрыштарымен анықталады. Ақуыздың үшінші реттік құрылымын ақуыздың қатпарлары деп атайды

    Артықшылықты қосалқы құрылымдар

    Альфа спиральдары-ақуыз құрылымының ең танымал элементі, Полинг ұсынған және анықталған бірінші құрылымда расталған, миоглобин, альфа-спиралдар сутегі байланысының және фи-пси бұрыштарының ерекше үлгілеріне ие. Олардың ұзындығы әдетте 5 пен 20 қалдық арасында болады, бірақ кейбір белоктар мен ширатылған орам құрылымдары айтарлықтай ұзағырақ болуы мүмкін. Магистралды сутектің карбоксил топтары тізбектің бойында орналасқан төрт амин қышқылының қалдықтарының амин тобымен байланысады. Альфа бұрандаларының әдетте бір айналымда шамамен 3,5 қалдық қадамы бар, бірақ тығызырақ (бір айналымда 3 қалдық) және ұзағырақ (бір айналымда 4 қалдық) бұрандалардың пішіндері бар.

    Альфа спиральдарын екі катушкада, үш катушкада және төрт катушкалық (төрт бұрандалы десте) екі конструкцияда өздері орауға болады. Альфа спиральдары белоктардың ішінде (әдетте гидрофобты), белоктардың бетінде (амфипатикалық) немесе мембранада (гидрофобты) болуы мүмкін. Альфа спиральдары мембраналарды жеке немесе топтаса алады.

    Бета-жіптер-бұл ұзартылған тізбектердің екі жағында бүйірлік тізбектер ауысатын кеңейтілген форма. Бета-тізбектердің артқы сүйектері бета-құрылымды қалыптастыру үшін іргелес бета тізбегінің омыртқасымен байланысады. Бета парағындағы жіптер параллель немесе антипараллель болуы мүмкін және сутегі байланысының үлгісі екі пішін арасында әртүрлі.

    Параллельді бета-стендтер көбінесе 3-5 конструкциялары бар қысқа ілмектермен байланысады. Ұзынырақ ілмектер кейде субстратты байланыстыруда немесе белсенді торапта маңызды рөл атқаратын жерлерде кездеседі. Иммуноглобулиндердің антигенді біріктіретін орны мұның маңызды мысалы болып табылады.

    Бета парақтары ақуыздың ішкі (негізінен гидрофобты) немесе бетінде болуы мүмкін, бұл жағдайда олар амфипатикалық, басқа аминқышқылдарының бүйірлік тізбегі гидрофобты және гидрофильді табиғат арасында ауысады.

    Бета-парақтар, әдетте, сол жақтағы суретте көрсетілгендей бүгіледі немесе бүгіледі. Барлық қалған қалдықтар парақтың сол немесе оң жағын көрсетеді,

    Пептидтік магистраль стерикалық кедергімен және оның бұралу бұрыштарын (phi-psi бұрыштары) белгілі бір шектермен шектейтін сутектік байланыс үлгілерімен шектелген. Аминқышқылдарының қалдықтары үшін phi мен psi көпбұрышты бұрыштарға қарсы сызбалар Рамачандран кесінділері деп аталады. Омыртқаның ұзындығы бойынша phi-psi бұрыштарының мәндеріне негізделген омыртқаның спиральды немесе ұзартылған бета құрылымды ұстанатынын білуге ​​болады (әдетте 3-4 қалдық жеткілікті).

    Протеин қатпарлары немесе архитектура

    Ақуыздардың үшінші реттік құрылымында қайталама құрылымдардың өзара әрекеттесуінің шектеулі саны бар. Бұл архитектуралар немесе қатпарлар, олар Интернетте бар ақуыз құрылымының көптеген мәліметтер базасында каталогталған. MRC SCOP дерекқоры (сонымен бірге Стэнфордта Стивен Бреннер жүргізген) және Лондон университетінің колледжінен (Джанет Торнтон) CATH дерекқоры екі мысал болып табылады. SCOP құрылымының дерекқоры төрт бөлімшеден тұратын иерархиялық болып табылады, Класс (барлық альфа-спиральді, барлық бета-тізбек, ауыспалы альфа спираль және бета-тізбек және альфа-спираль плюс бета-жол), Fold, Superfamily және отбасы. Кейінгі екі класс жиі бірізділікті көрсетеді, бірақ иерархияның алғашқы екі деңгейі ондай емес. SCOP иерархиясының алғашқы үш деңгейінің мысалдары оң жақтағы суретте көрсетілген.

    Бранден, C. & amp Tooze, J. Протеин құрылымына кіріспе, Екінші басылым, Garland Publishing, Нью -Йорк. http://www.proteinstructure.com/

    Крейтон, Т.Э. (1993). Ақуыздар: құрылымдары мен молекулалық қасиеттері. (Екінші басылым). Нью -Йорк: Фриман.

    Creighton, T. E. (Ред.). (1992). Ақуызды бүктеу. Нью -Йорк: W. H. Freeman & amp Co.

    Дарби, Н.Дж., & Крейтон, Т.Э. (1993). Ақуыздың құрылымы. Оксфорд: IRL Press.

    Шульц, Г.Э., & amp; Ширмер, Р.Х. (1985). Ақуыз құрылымының принциптері. Нью-Йорк: Спрингер-Верлаг.

    Страйер, Л. (1995). Биохимия. (Төртінші басылым). Нью -Йорк: W. H. Freeman & amp Co.

    ДНҚ репликациясының механизмдері

    ϋ жылы ДНҚ-полимеразалардың РНҚ-полимеразалардан айырмашылығы жаңа тізбектерді құра алмайтыны белгілі болды. Сонымен қатар, ішек таяқшасында әртүрлі қасиеттері бар үш түрлі ДНҚ полимеразалары бар екені белгілі болды. Ең көп таралған (бір жасушада 200 молекула) ДНҚ полимеразасы I болды. ДНҚ полимераза II әлдеқайда баяу болды. Бұл, ең алдымен, жөндеу процестерінің нәтижесінде пайда болған қысқа олқылықтарды толтырумен шектелген ДНҚ полимеразасын қалпына келтіру болып көрінді. Ақырында, сирек кездесетін ДНҚ-полимераза III (әр жасушаға 10 молекула) және ДНҚ репликациясының шанышқы қозғалысының күтілетін жылдамдығына (секундына 1000 нт қосылу) төтеп бере алатын жалғыз фермент болды.

    ДНҚ полимеразаның ашылуы

    ДНҚ-ның алғашқы синтетикалық ферменттерін 50-ші жылдардың соңында доктор Артур Корнберг және оның әріптестері ашқан. Бастапқыда олар бактериялардың жасушасыз сығындылары ДНҚ-ға 3 Н-тимидинді тұтас жасушалар сияқты, бірақ өте төмен жылдамдықпен қоса алатынын анықтады.

    ДНҚ полимераза реакциясындағы ДНҚ-ның екі рөлі

    ДНҚ синтетикалық реакцияда екі рөлге ие екені анықталды. Біріншісі, жаңа нуклеотидтерді енгізу тәртібін реттейтін үлгі болды. Бұл бірнеше жолмен көрсетілді.

    1. Алдымен өнімнің негізгі құрамы ДНҚ үлгісімен бірдей болды.

    2. Екіншіден, динуклеотидтердің жиілігі бірдей болды.

      1. Бірақ ең сенімді дәлел - ДНҚ полимеразасының синтетикалық мүмкіндіктерін пайдалана отырып, & OslashX174 толық геномын қайталайтын синтетикалық қадамдар сериясы болды. Бұл & OslashX174 5000 жұптық геномының құрамында бар барлық гендер дәл көшірілгенін білдіреді.

      Праймер ретінде ДНҚ рөлі

      ДНҚ полимераза реакциясында ДНҚ қызмет ететін екінші рөл - праймер. Жаңадан синтезделген ДНҚ -ның барлығы бұрыннан бар ДНҚ тізбектеріне ковалентті түрде қосылады.

      1. Тиісті дезоксинуклеозидтрифосфат Уотсон-Крик негізін жұптастыру ережелеріне сәйкес таңдалады.

      2. Праймер тізбегінің 3' гидроксил тобы, праймер ұшы деп аталады, нуклеотидке шабуыл жасап, терминалдық пирофосфат тобын ажыратады және фермент бір негіз жұбын алға жылжытады.

      3. ДНҚ тізбектері тек 3' ұшында өседі және синтез бағыты 5' - 3' өсу деп аталады. Біз әрқашан жебенің ұшымен ДНҚ тізбегінің 3 'ұшын білдіреміз.

      4. Дезоксинуклеозидтрифосфаттар қосылған праймер ұшы шаблон ретінде қызмет ететін ДНҚ-ның бір тізбекті сегментімен жұптастырылған негіз болуы керек.

      5. Тегін 3 'гидроксилді праймер терминалына қойылатын бұл талап ДНҚ полимеразасы әдетте табиғатта кездесетін ДНҚ -ның көптеген түрлерін қолдана алмайтынын білдіреді.

      РНҚ полимеразасы тізбектерді бастай алады

      Праймер терминалына қойылатын талаптың ерекше болып көрінуінің бір себебі - бұл ДНҚ молекулаларының барлығы РНҚ -полимераза ферментінің тамаша үлгілері болды. РНҚ полимераза генетикалық ақпаратты ДНҚ-дан РНҚ-ға транскрипциялауға жауапты және бұл фермент РНҚ тізбегін бастайды. Барлық белгілі ДНҚ-полимеразалар праймер ұшын қажет етеді.

      '9Бұл ДНҚ синтетикалық механизмінің тағы бір негізгі қиындығы - бұл тізбектердің тек 5'-ден 3'-ге дейін өсетіндігі. ДНҚ тізбектерінің 5 'ұштарын ұзартатын ДНҚ -полимераза табылған жоқ. Бұл, әрине, қарама-қарсы полярлықтары бар репликация шанышқысындағы екі еншілес жіптің репликациясына қатысты мәселені тудырады.

      ДНҚ тізбектері қалай басталады?

      Бұл мәселеге шағын шеңберлі бір тізбекті M13, G4 және ØX174 фагтарының ДНҚ-сын қолдану арқылы жақындады. Бұл вирустық ДНҚ -ны жұқтырудың бірінші қадамы вирустық ДНҚ -ның бір тізбекті дөңгелек формадан дуплексті репликативті формаға (РФ) айналуы екені белгілі болды және бұл конверсия тек жасуша ферменттерінің көмегімен жүзеге асады. Осылайша, фагтың ДНҚ -сын бактерия экстрактілеріне енгізу және РФ -ге айналу үшін қажетті факторларды бөліп алу ДНҚ тізбектерінің басталу механизмін ашады.

      M13 РНҚ -полимеразадан тұрады

      M13 SS ——>RF реакциясы рифампицинмен және негізгі РНҚ-полимеразаның басқа тежегіштерімен тежелгенін көрсететін in vivo нәтижелеріне сүйене отырып, ішек таяқшасының сығындылары M13 SS-ті дуплексті түрге айналдыратыны көрсетілді, бұл төрт реакцияны қажет етеді. төрт дезоксинуклеотид трифосфатына қосымша рибонуклеотид трифосфаттар. In vitro қысқа РНҚ праймері M13 шеңберінің бірнеше жерінен жасалды. Бұл праймерлер ДНҚ полимераз III арқылы ДНҚ синтезін бастауға мүмкіндік береді.

      Phages & OslashX174 және G4, сонымен қатар, РНҚ -дан жасалған

      Ұқсас сығындыларда G4 немесе ØX174 ДНҚ пайдаланылғанда, ДНҚ синтезі де байқалады. G4 үлгісімен жүргізілген зерттеулер оның SS ——> RF түрлендіруі үшін оған тек үш фермент қажет екенін көрсетті: бір тізбекті ДНҚ байланыстыратын ақуыз (SSB), DNAG ақуызы (примаза) және ДНҚ полимераза III голофермент (төменде қараңыз).

      Phage ØX174 толтыру әлдеқайда күрделірек және репликация шанышқысындағы ДНҚ синтезінің үзіліссіз тізбегіндегі Оказаки фрагменттерінің басында орын алатын прайтингке ұқсас болып көрінеді. Инициация G4 немесе colE1 плазмидасындағы примаза байланыстыру алаңына реттілік ұқсастығы жоқ праймерді құрастыру алаңы (pas) деп аталатын жерден басталады. ДНҚ -ның қайталама құрылымының кең аймақтары бар. Бір тізбекті phi-X174 ДНҚ-да примосома деп аталатын РНҚ-ның синретикалық белсенділігі пайда болады және жаңа тізбектерді бастауға қызмет етеді.

      ДНҚ полимераза III голоферменті

      DNA полимераз III - бұл көптеген қосалқы бөліктер мен қосалқы жинақтардан тұратын өте күрделі репликациялық ақуыз. Негізгі фермент үш суббірліктен тұрады, a суббірлігі бастапқы синтетикалық бірлік, e суббірлігі түзетуші 3’ экзонуклеаза қосалқы бірлігін кодтайды.

      ІІІ ДНҚ-полимеразаның үлкен формасы құрамында полимераза әсерінің экстремалды процесі мен жылдамдығын тудыратын негізгі димердің әрбір жартысында екі b суббірлігі болуын қажет ететін суббірлік ферментінің екі көшірмесі бар сияқты.

      ДНҚ -полимеразаның III -нің жоғары процесті формасын қалыптастыру үшін ядро ​​байланысатын ДНҚ -ға b суббірліктерінің байланысы қажет. B суббірліктері ДНҚ (сақина тәрізді) шеңберін құрайды, олар ДНҚ полимеразасы ІІІ ассоциацияланады. Бұл қол манжеті полимеразаның ДНҚ -да жабылып қалуын қамтамасыз етеді және ДНҚ синтездегенде жоғары процесспен жүреді. Сондай-ақ ол артта қалған тізбектегі бос орынды толтыруды аяқтағаннан кейін ДНҚ-полимераза III-нің дуплексті ДНҚ бойымен бір өлшемді диффузиясына мүмкіндік береді.

      Репликация шанышқысының жалпы үлгісі үлгі ретінде қызмет ететін ата-аналық ДНҚ тізбегімен байланысты ДНҚ геликазасының молекуласымен жетекші тізбекте байланысқан димер ДНҚ полимераза III қамтиды. g комплексі қосылған ДНҚ-полимераза III голоферментінің жартысы артта қалған жіптегі фрагменттер арасындағы бос орынды толтыруға қызмет етеді. Димерлі ДНҚ полимераза III голоферментінің екі жіпте бір мезгілде ДНҚ синтездеуі үшін артта қалған тізбек шаблонының өзі ферментке жетекші тізбек сияқты физикалық бағытта көріну үшін 180-176 шамасында иілуі керек. Бұл ДНҚ -ның синтетикалық белсенділігіне артта қалған жіпке әсер ететін тігін машинасының келбетін береді. Кешіктірілген тізбек синтезіне арналған праймерлер репликациялық айырда орналасқан примосомамен синтезделеді, мүмкін ДНҚ полимераз III холоферментімен байланысты. Бұл примосома сонымен қатар ата-аналық ДНҚ жіптерін босатуға көмектесу үшін dnaB спиральды белсенділігін пайдалана алады. Үзілген тізбектегі басқа праймерлер PriA белсенділігімен қозғалатын басқа примосомалармен синтезделетін болады. SSB жетекші полимераза III тізбегінің алдында да, артта қалған тізбек синтезінің алдында да барлық бір тізбекті саңылауларда байланыстырылады.

      ДНҚ репликациясының басталуы

      ДНҚ репликациясының басталуын талдау ДНҚ тізбектерінің инициациясы сияқты зерттелді.Шығу тегі бар арнайы шағын молекулалық субстрат әзірленді, содан кейін дуплексті ДНҚ шеңберінде репликацияны бастайтын компоненттер үшін in vitro талдауында қолданылды.

      Репликацияның (oriC) ішек таяқшасы бар плазмида E. coli ДНҚ фрагменттерін дәріге төзімділік маркерімен (пенициллинге төзімділік гені) байланыстыру және қабылдаушы E. coli жасушаларында плазмидалық шеңберлердің автономды түрде репликациялануына байланысты пенициллинге төзімділікті таңдау арқылы таңдалды. . Алынған ішек таяқшасының шығу тегі фрагментінің өлшемі автономды репликацияны қолдайтын ең кішкентай фрагмент оқшауланғанға дейін әртүрлі әдістермен өлшемін азайтты. Бұл стратегия oriC фрагменті ретінде белгілі 245 негізгі жұп минималды фрагментті берді.

      Бактериялардың әр түрлі түрлерінің шығу тегін салыстыру нәтижесінде анықталған:

      1) репликациядан кейінгі сәйкессіздікті жөндеуді қолдайтын және осы аймақтың дәл репликациясына кепілдік беретін 14 бөгет метилаза учаскелерінің болуы. Бұл учаскелер сонымен қатар шығу тегінің метилденуінің жоғары күйін тудырады.

      2) хромосомалық инициация үшін қажет dnaA ақуызын байланыстыратын орын болып табылатын 9 негізді тізбектің төрт қайталануының болуы.

      3) эволюцияда жоғары сақталған 60 базалық жұп өте AT бай аймақтың болуы.

      4) dnaA гликазасын байланыстыруға мүмкіндік беретін алдын ала реакцияда dnaA байланыстыратын және балқитын осы АТ бай аймағында үш 13 негізді қайталаудың болуы.

      5) тізбегі аз сақталатын, бірақ эволюцияда бекітілген ұзындығы бар басқа аймақтар

      Корнберг, А. (1988). ДНҚ репликациясы. J. Биол. Химия. 263 (1), 1-4.

      Куриян, Дж. Және О'Доннелл, М. (1993). ДНҚ полимеразаларының жылжымалы қысқыштары. J Mol Biol 234 (4), 915-25.

      РНҚ полимераз II транскрипциялық аппарат

      Эукариоттық РНҚ-полимераза II бірнеше геннен басқа барлық гендерді транскрипциялайды, РНҚ-полимераза I екі үлкен рибосомалық РНҚ гендерін, ал РНҚ-полимераза III шағын тРНҚ гендерін транскрипциялайды. Ашытқыдан алынған РНҚ -полимераза II егжей -тегжейлі зерттелген. Ол жалпы молекулалық массасы 587 кДа болатын 15 полипептидтен тұрады (Rpb1-12 деп аталады, әрқайсысы Rpb3, Rpb5 және Rpb9 екі данадан). Rpb1 және Rpb2 ең үлкен екі қосалқы бөліктері, тиісінше, гомологияның 8 және 9 аймақтарында E. coli -дің b және b '-мен бірге кең ауқымды сақталуын көрсетеді. Бұл гомологиялық аймақтар адам белоктарында да сақталады.

      Rpb1 қосымша, әдеттен тыс ерекшелікті қамтиды, оның 3'-терминусында қайталанатын гептапептид. Ашытқыларда 26 қайталау, дрозофилада 45, адамда 52 қайталау бар. Консенсус гетапептиді тізбегі ашытқыдан адамға бірдей сақталады. CTD транскрипцияның әрбір айналымымен бірге жүретін кең фосфорлану және дефосфорилдену циклінен өтеді. IIa деп аталатын фосфорланбаған форма транскрипцияны бастайды, ал IIo деп белгіленген гиперфосфорланған форма созылу кешендерімен байланысты.

      РНҚ полимераза II жалғыз өзі промоторды тануға және транскрипцияны бастауға қабілетсіз. Ол үшін жалпы транскрипция факторлары деп аталатын қосымша ақуыздар жиынтығы қажет. TFIIB, -D, -E, -F және -H деп аталатын осындай бес фактор жасушасыз жүйеде тазартылған РНҚ -полимераз II арқылы барлық промоторларды транскрипциялау үшін қажет. TFIID тек TATA қорапшасы мен транскрипцияны бастау орнынан тұратын ядроның немесе ең аз промоутердің транскрипциясы үшін оның қосалқы бөліктерінің бірімен, TATA-байланыстыратын протеинмен (TBP) ауыстырылуы мүмкін. TATA қорабынан транскрипцияның басталу орнына дейінгі қашықтық барлық дерлік ағзалардағы барлық дерлік полимераз II промоторларында шамамен 25 негіз жұбын құрайды. Бұл сақталған аралық полимераз II промоторының белгісі болып табылады.

      B, E және F транскрипция факторлары II РНҚ полимеразамен тікелей әсерлеседі. В жұптары TBP мен TATA қорапшасына, ал Е жұптары H тобына қосылады. H -тің ең үлкен суббірлігі - бұл транскрипция үшін қажет болғанша қосарланған ДНҚ -ны айналдыратын АТФаза/геликаза. H басқа бөлімдері транскрипцияның басталуымен бірге жүретін CTD фосфорлануына жауап беретін киназа белсенділігін қамтамасыз етеді. H геликазасы мен киназаның қосалқы бірліктері басқа ірі ұялы операцияларға жатады. Геликаза және Н қосымша бес суббірлік ДНҚ реперосомасының бір бөлігін құрайды, оның құрамына ДНҚ нуклеотидтерін жою үшін қажет басқа ақуыздар кіреді. Бұл байланыс in vivo транскрипцияланған тізбектегі ДНҚ зақымдалуының артықшылықты жөндеуін есепке алуы мүмкін. H-киназа жасушалық циклді бақылайтын протеинкиназалар тобына жатады және циклиндік суббірлікті де қамтиды.

      Құрылымдық зерттеулер транскрипцияның жалпы факторларын және олардың бастама механизміндегі рөлдерін негіздейді. Электронды микроскоптың кристаллографиясы E. coli РНҚ полимеразасында бұрыннан әлдеқайда кіші, бірыңғай E. coli ДНҚ полимеразасының рентген құрылымында көрсетілгендей жарықшақты көрсетеді. Жырықты алақан, саусақтар және бас бармақ бар қолға ұқсатқан. Каталитикалық аспартат қалдықтары ДНҚ полимеразалық саңылауының едендегі (алақан) белсенді орнын анықтайды. Бас бармақтың икемділігі ДНҚ-ның инициация үшін саңылауға енуіне мүмкіндік береді және процесс қабілеттілігі үшін саңылауда сақталуын қамтамасыз етеді. РНҚ-ға тәуелді ДНҚ полимеразасында, ВИЧ-кері транскриптазада және бактериофаг T7-ден ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимеразада бірдей дерлік үшінші реттік қабат пайда болады.

      Электронды кристаллография ашытқы РНҚ -полимеразасының E. coli РНҚ -полимеразасына керемет ұқсастығын көрсетеді. Екі фермент те саңылауды қоршап тұрған белок тығыздығының бірнеше конформациясын көрсетеді. Бұл қол ДНҚ шаблонымен тығыз байланысуға қатысатын E. coli b ' мырыш саусақ доменіне сәйкес келуі мүмкін. Электрондық кристаллография РНҚ -полимераз II -нің келесі қосымша мүмкіндіктерін ашады: КТТЖ орналасуы екі суббірліктердің орналасуы, Rpb4 және Rpb7, ДНҚ -ның саңылаумен байланысуы мен ДНҚ -ның орталықта белсенді транскрипцияланатын кешенде орналасуына қатысады. жырық

      TATA қорапшасы TATA-байланыстырушы ақуызмен танылады, оның ерекше сақталған C-терминалы 180 аминқышқылдары транскрипциясы үшін жеткілікті. Рентгендік кристалды құрылымдар тек ТБП үшін, ТАТА ДНҚ бар кешенде және ТАТА ДНҚ мен TFIIB үлкен фрагменті бар үштік кешенде анықталды. TBP седла тәрізді, жалған екі еселенген симметрия осімен C-терминалының екі жартысына қатысты, бірақ олар бір-біріне ұқсас, бірақ бірізді емес. ДНҚ екі еселенген псевдо осіне бұрыш жасап, ершіктің ойыс төменгі жағымен байланысады. ДНҚ спиралдан «баспалдаққа» дейін жартылай ашылмаған, ал ТБП баспалдақтың жалпақ кіші ойығында жатыр. ДНҚ ТБП байланыстыру орнынан кіретін және кететін шеттердегі түйісулер ДНҚ -ның қатты иілген формасына әкеледі. TFIIB TBP екі жағындағы ДНҚ-мен өзара әрекеттеседі, оның рөлі іс жүзінде TFIIB байланысуын қамтамасыз ету үшін ДНҚ-ны бүгу болып табылады.

      В және Е транскрипция факторлары бар ашытқы РНҚ -полимераза II кристаллдарының электронды кристаллографиясы олардың ферменттің бетіндегі өзара әрекеттесу орындарын анықтайды, осылайша басталу орнын анықтау механизмі мен транскрипция интияциясы туралы қарапайым гипотезаға әкеледі. B промоутердің TATA қорабын полимераз бетіндегі нүктеге ДНҚ -ның 30 базалық жұпына сәйкес келетін белсенді орталықтан шамамен 110 & Aring нүктесіне жеткізеді, осылайша TATA қорапшасының сақталған интервалын және транскрипцияның бастапқы орнын есепке алады. ДНҚ-ның енуі белсенді орталық саңылаудың айналасындағы полимераза иінінің жабылуын тудырады, бұл өз кезегінде E байланысы үшін орын жасайды. E транскрипцияны бастау үшін промоторды ерітетін Н-ді қабылдайды.

      РНҚ -полимераз II промоторларының мутагенезі TATA қорапшасы мен оның жоғарғы элементтерін промоторлық белсенділік үшін маңызды деп анықтады. Жоғарғы ағын элементтері промоутердің тікелей маңайында және одан тыс жерлерде кездеседі. Элементтердің бірнеше негізгі түрлері көптеген сүтқоректілердің промоутерлерінің транскрипциясын бастау орнының алғашқы 100 базалық жұбында кездеседі.

      Күшейткіштер – транскрипцияның басталу алаңының жоғары жағында мыңдаған негізгі жұптар орналасқан кезде және де төменгі жағында орналасқан кезде транскрипцияны белсендіру қабілетімен ерекшеленетін ДНҚ элементтері. Күшейткіштер индукциялаушы агенттер арқылы транскрипцияны реттеуге уақытша және ұлпаларға тән түрде жауапты болуы мүмкін. Күшейткіштер активатор ақуыздарымен әрекеттесу арқылы жұмыс істейді. Активатор белоктарының ашытқы мен адам арасындағы гомологиялық транскрипция аппаратының компоненттерімен өзара әрекеттесуін көрсететін күшейткіш әсер ету механизмдері сақталған сияқты.

      Промотор элементтері мен күшейткіштерді танитын ақуыздар ДНҚ -мен өзара әрекеттесу режимінде ТБП -дан ерекшеленеді. Олар конструкциясы бойынша модульдік, ДНҚ байланыстырушы және функционалды («активация») домендері бар. Көптеген ДНҚ-байланыстыратын домендердің (DBD) құрылымдары шешілді және бірнеше негізгі сыныптар анықталды, соның ішінде бұралмалы бұралмалы спираль (HTH), мырыш саусақ және лейцинді найзағай немесе DBD-нің bHLH-ZIP отбасылары.

      Активатор ақуыздары промоторлардағы базальды транскрипция механизмімен делдалдық факторлар арқылы байланысады. Мұндай факторларға екі үміткер анықталды: ТБП -мен өзара әрекеттесетін TAF кешені және РНҚ полимераз II КТД -мен әрекеттесетін Медиатор кешені. TAFs ішінара қалпына келтірілген дрозофила немесе адам транскрипциясы жүйесіндегі активаторларға жауап береді, ал медиатор ашытқының толық анықталған жүйесінде активацияны қолдайды. TAF -тің жойылуы немесе жойылуы ашытқыдағы көптеген гендердің индукциясына немесе транскрипциясына in vivo әсер етпейді. Медиатор компоненттерінің инактивациясы, керісінше, нақты гендердің индукциясын да, жалпы транскрипциясын да жояды. Демек, медиатор инвиволық күшейткіштерден промоторларға ақпараттың негізгі арнасы болып табылады.

      Ашытқы промоутерлерінің аз саны G1 циклиндеріне және кейбір жасушалық циклге тәуелсіз гендерге қоса, in vivo транскрипциясы үшін TAF талап етеді. Бұл промоторларды бөлшектеу TAF талаптарына жауап беретін жоғары ағынды белсендіру элементтерін емес, TATA қорабын қоршап тұрған тізбектерді анықтайды. TAFs, әрине, промоутер-промоутердің өзара әрекеттесуіне емес, промоутерді таңдауға және ерекшеліктеріне қатысады.


      3 Синтетикалық хиральды ДНҚ жүйелері

      3.1 ДНҚ -ның тығыз ерітінділерінің сұйық кристалды фазалары

      Екі тізбекті ДНҚ – ≈50 нм-ге дейінгі ұзындық шкаласында қатты деп санауға болатын сызықты полимер, ол енінен (≈2 нм) әлдеқайда үлкен. Демек, ДНҚ -ның ұзын фрагменттері изотропты фазада тиімді жиналмайды және нематикалық сұйық кристалды (LC) құрайтын полиэтиленгликоль (ПЭГ) сияқты тығыздау агенттерімен жеткілікті жоғары тығыздыққа дейін конденсацияланған кезде жалпы ось бойымен тураланады. [63, 64] Хиральды молекулалардың (ДНҚ-ны қоса алғанда) жеткілікті жоғары тығыздығында, негізгі молекулалық өзара әрекеттестіктің бұзылған симметриясы хиральды нематикалық сұйық кристалды фаза деп аталатын ұзақ мерзімді хиральді тәртіп ретінде көрінуі мүмкін, оны холестерин деп те атайды. кезең. Мұндай фазада молекулалар ортаңғы ось бойымен нематикалық фаза сияқты түзеледі, бірақ спиральды ось ортогональды хиральді ось бойымен айналғанда айналады, схемада көрсетілгендей Сурет 2а ДНҚ молекулаларынан түзілген хиральды сұйық кристалдық фазалар әдетте солақай болып табылды. [65]

      ДНҚ молекулаларының жұптары арасындағы микроскопиялық әрекеттесулерді сұйық кристалдық фазалардың макроскопиялық қасиеттерімен байланыстыруға көптеген теориялық әрекеттер жасалды. [70, 71 ] Микроскопиялық әрекеттесулерді макроскопиялық мінез-құлықпен байланыстыратын статистикалық механика ДНҚ дуплекстерінің болжамды жақындығына байланысты көп денелі. Демек, теориялық тұрғыдан алғанда принципиалды қиындық тығыз көп денелі жүйенің ықтимал конфигурацияларының кеңістігін біріктіру немесе барабар үлгілеу қажет. Бұл, негізінен, өте қарапайым өзара әрекеттесу үлгілері үшін аналитикалық әдістерді қолдану арқылы жасалуы мүмкін, бірақ көбінесе күрделірек үшін есептеу тәсілдері қолданылады. Жүйенің статистикалық механикасын жеңілдету үшін әдетте әр ДНҚ спиралын қатты объект ретінде қарастыруды қоса алғанда, бірнеше жуықтаулар қолданылады. Біздің білуімізше, микроскопиялық өзара әрекеттесулерді макроскопиялық фазалық мінез-құлыққа қатысты барлық зерттеулер жүйенің бос энергиясын жоғары ретті терминдері ақырында қысқартылатын көп денелік өзара әрекеттесулердің кеңеюі ретінде көрсетеді.

      Жоғарыда келтірілген жуықтауларды қолданғаннан кейін бос энергия үшін алынған өрнек конфигурация интегралдарынан тұрады, олар әдетте қосымша жуықтауларды шақырғаннан кейін немесе жүйенің фазалық әрекетін алу үшін тығыздық функционалдық теориясын пайдаланғаннан кейін тікелей бағалануы мүмкін. ДНҚ LC фазасының мінез-құлқын әртүрлі теориялық және есептеу зерттеулерінің егжей-тегжейлі сипаттамасы Тортора мен Дойде ұсынылды. [72] Бұл зерттеулердің маңызды нәтижесі стерикалық өзара әрекеттесудің солақай бұрылуға әкелетінін байқау болды, ал электростатика оң қолдың бұрылуына ықпал етеді. [70] Алайда, барлық атомды модельдеу ДНҚ-ны сол қолмен және оң қолмен байланыстыруда еркін энергия айырмашылығын анықтады, (2б-сурет), [67] қатаң әдістерді қолданудан LC-фазалық болжамды көрсетеді. ірі түйіршікті модельдерді абайлап түсіндіру керек. Сонымен қатар, хиральды өзара әрекеттесудің өте әлсіз сипаты бос энергияны анықтау үшін қолданылатын сандық әдістерге сезімтал LC фазалы болжау зерттеулерінің нәтижелерін береді деп айтылды. [72] Статистикалық қатені бақылау және бақылау кезінде 146 базалық жұп (bp) ДНҚ дуплекстері үшін конфигурациялық интегралдарды бағалау үшін oxDNA моделінің [73, 74] қатаң дуплексті нұсқасы қолданылды. [72] Бұл соңғы үлгідегі симуляциялар мұндай қатаң спиральдан түзілген хиральды LC фазасы иондардың концентрациясына қарамастан өте әлсіз оң қолды екенін көрсетті-бұл нәтиже әлсіз сол жақ хиральді фазаларды көрсететін эксперименттерге сәйкес келмейді. ДНҚ молекуласының екі түрлі қисық конфигурациясын қолдана отырып, DFT есебін жүргізу LC қарама -қарсы қолдылығының өте күшті хиральды LC фазаларына әкелді. Конформацияға сезімталдық икемді ДНҚ моделін қарастырған кезде DFT процедурасының сенімді конвергенциясын болдырмайтыны көрсетілді, бұл сұйық кристалдық фазаның бұрандалы қадамын болжауға мүмкіндік бермейді.

      2007 жылы Кларк пен Беллини топтары LC фазалары салыстырмалы түрде ұзын ДНҚ полимерлерімен (≈ 100 бит жоғары) ғана емес, сонымен қатар өте қысқа қос спиральдардан (6 битке дейін) түзілуі мүмкін екенін көрсету арқылы ДНҚ қауымдастығы арқылы толқындар жіберді. . [75 ] Көп ұзамай орындалған барлық атомды модельдеу қысқа, доғал ұшты ДНҚ фрагменттері LC фазаларын тұндыру үшін қажет ұзын жіптерді қалыптастыру үшін негізді жинақтау өзара әрекеттесу арқылы өздігінен жиналуы мүмкін деген қорытындыны растады [68 ] (2c-сурет). Нақтырақ айтқанда, модельдеу ДНҚ спиральдарының жұптарына түйін арқылы омыртқаның үздіксіз 5-тен 3-ке дейінгі бағытта жиналуына артықшылық берді, осылайша агрегаттар ДНҚ-ның ұзын қос бұрандаларына ұқсас болды, олар мезгіл-мезгіл үзіліс пен кездейсоқ ақауларға ие болды.

      Кларк пен Беллини топтарының кейінгі тәжірибелері хиральды нематикалық LC фазаларының қысқа ДНҚ фрагменттерінің тығыз қоспаларынан түзілетінін көрсетті. [65] Топтар фазалық әрекеттің ДНҚ ұзындығы мен ретіне тәуелділігін одан әрі сандық түрде анықтады. ДНҚ дуплекстерінің біртұтас геометриясы ДНҚ тізбегіне сезімтал емес деп қарапайым түрде болжам жасауға болады, бірақ эксперименттер кейбір тізбектердің сол жақ хиральды LC фазаларына әкелгенін көрсетті, ал басқалары оң қолмен пайда болды (2d-сурет) . Бұл бақылау LC фазаларының есептеу болжамын қиындататын қасиет молекулалар арасындағы микроскопиялық өзара әрекеттесудегі шағын айырмашылықтарға (немесе бір-бірінен соңына дейін жинақталған ДНҚ фрагменттері сияқты молекулалардың сызықтық агрегаттарына) хиральды LC фазасының мінез-құлқының керемет сезімталдығына баса назар аударады. Соған қарамастан, Де Мишель, Беллини және Феррарини топтары холестерол фазасының мінез-құлқын және конденсатты құрайтын молекулалардың құрылымдық ерекшеліктерінен қадамның концентрацияға тәуелділігін болжау үшін қысқа ДНҚ фрагменттерінің ірі түйіршікті үлгісін пайдаланып DFT теориясын қолдана алды. . [76] Кларк пен Беллини сонымен қатар экспериментальды түрде нуклеотидтер тізбегінің қарапайым Д-ДНҚ 12-мері мен L-ДНҚ 12-мерер қоспасынан түзілген LC фазаларын зерттеді. [77] L-ДНҚ [78] қарапайым Д-ДНҚ-дан ДНҚ-ның қант сақинасындағы бірнеше атомдардың стереоскопиялық орналасуымен ғана ерекшеленеді, дегенмен L-ДНҚ биологияда жоқ. Қамырдың қоспадағы D-ДНҚ фракциясына тәуелділігі шамамен 50% симметриялы екені анықталды. Алайда, LC фазасының хиральдылығы терминалды химияға байланысты болды, жабысқақ ұшты дуплекстер солақай фазаны құрайды және D-ДНҚ фракциясы 50%-дан жоғары болған кезде оң жақ дуплекстер оң жақ фазаны құрайды. Бұл нәтиже хиральды ДНҚ LC фазаларының жүйедегі молекулалық өзара әрекеттесулерге сезімталдығын тағы да көрсетеді.

      Dietz тобы ДНҚ оригами деп аталатын техниканы қолдана отырып жасалған ДНҚ-ның алты спиральды шоғырынан [69] түзілген хиральды сұйық кристалдарды зерттеді. [ 79 ] ДНҚ байламдары солақайдан бейтарапқа және оң қолға дейін әртүрлі бұралу мөлшеріне ие болу үшін бағдарламаланған. Олар хираль осінің бойындағы қадам ДНҚ-ның негізгі құрылымындағы бұралу мөлшеріне сызықты емес тәуелді екенін анықтады (2е-сурет). Негізгі құрылымдардың оң қолмен бұралуын ұлғайту нәтижесінде пайда болған хиральды құрылымдардың оң қолдылығын арттырғанымен, түзу және тіпті әлсіз сол жақ ДНҚ наноқұрылымдары оң қолды хиральды құрылымдарды шығаратыны байқалды.

      Doye тобы oxDNA моделінің көмегімен жоғарыда орналасқан алты спиральды жүйенің холестеринді LC фазаларын талдап, хирургиялық орналасудың микроскопиялық сипаттамасын ұсынды, [80] және молекулалық өзара әрекеттесу мен холестерин арасындағы байланысты жүйелі түрде зерттейтін платформа ұсынды. мінез-құлық. Біріншіден, байламдардың түзу, негізгі күй конфигурациясы экспериментте байқалғандармен салыстырғанда қарама-қарсы хирализм фазаларын тудырғаны атап өтілді. Содан кейін, байламдардың ауытқуы қарастырылған кезде, жеке байламдардың орташа есеппен байламның жобаланған бұралуына қарсы тұратын суперспиральдық конфигурацияларды қабылдағаны байқалды (мысалы, сол қолмен бұралған байлам жалпы оң қолмен бұралған геометрияны қабылдайды) . Содан кейін өзара әрекеттесетін екі байламның бос энергиясында бағдарламаланған бұралу емес, спиральдық бұралу басым болды, нәтижесінде экспериментте байқалғанға ұқсас холестериндік қадамдар пайда болды. Әдістемелік тұрғыдан алғанда, контур ұзындығының табандылық ұзындығына қатынасы бұрын Doye тобы зерттеген 146-дюймдік дуплекстерге қарағанда әлдеқайда үлкен болды, бұл [72] конвергенцияға мүмкіндік беретін қасиет. ауытқулар қарастырылған кезде DFT алгоритмі.

      Ақырында, ДНҚ -ның сұйық кристалдарын құрамында кремнийі бар оң зарядталған молекулаларды қосу арқылы минералдандыруға болатындығы қызықты. [81, 82] Мұндай кристалдық құрылымдарды электронды микроскопия көмегімен зерттеуге болады және ДНҚ -мен салыстырғанда айтарлықтай механикалық қасиеттері бар, олар әлдеқайда қатаң.Катиондарды қосу ерітіндінің рН және температурасына байланысты реттелетін қолмен наноөлшемді дөңгелегі тәрізді құрылымдарға хиральды құрастыруды индукциялау үшін пайдаланылуы мүмкін. [82] Бұл жүйелер ДНҚаралық өзара әрекеттесудің микроскопиялық детальдарына хиральды өздігінен жиналу сезімталдығын тағы да көрсетеді.

      3.2 Өздігінен құрастырылған ДНҚ наноқұрылымдарындағы бағдарламаланатын хирралдылық

      ДНҚ оригами әдісі пайда болғанға дейін ДНҚ наноқұрылымдары көбінесе ДНҚ плиткалары деп аталатын ДНҚ молекулаларының 2D жиынтығының көмегімен құрастырылды. [83, 84] ДНҚ плиткасында әдетте қосарланған кроссовер (DX) түйіні бар, ол табиғи түрде пайда болатын Холлидай түйісуінің бекітілген геометриялық нұсқасы [85] (Сурет 3a). Мұндай түйіндердің үлкен мерзімді жиымдарын жабысқақ ұштасу принципі бойынша жинауға болады [86, 87] (3б-сурет), мұнда ssDNA-ның қысқа іліністері қосымша ssDNA ілінісімен будандастыру кезінде ДНҚ дуплексін құрайды.

      ДНҚ-ның өзін-өзі құрастыру саласындағы ең қызықты ерте оқиғалардың бірі екі DX плиткасын байланыстыратын ДНҚ дуплексіндегі В-дан Z-ге ауысу арқылы жаһандық конформациясының қайтымды өзгеруіне ұшырауы мүмкін ДНҚ наноқұрылымын көрсету болды. [88] (3с -сурет). Графеннің 2D көміртекті парағын көміртекті нанотүтікке бүктеуге ұқсас тәсілді қолдана отырып, ұзындығы бірнеше микрометрге дейінгі ДНҚ нанотүтікшелері DX плиткаларын орау арқылы құрастырылды. [94-97] Турберфилд пен әріптестері DX торының әр түрлі векторларының бойымен DX плиткаларын орау арқылы әр түрлі хиралиттердің ДНҚ нанотүтікшелерін синтездеді [89] (3-сурет). Алынған ДНҚ нанотүтіктерінде ДНҚ молекулаларының ішкі хиральділігі де, таңдалған базистік вектормен анықталатын қосымша мезоскопиялық хиральдық болды. Ян мен оның жұмысшылары L-ДНҚ көмегімен солақай ДНҚ массивтерін құрды және массивтерді бүктеу нәтижесінде шығарылатын ДНҚ нанотүтікшелерінің хиральдылығын басқарды. [98]

      Өздігінен жиналатын ДНҚ объектілерінің тағы бір класы-бұл сымдар мен кернеулік құрылымдары [99], мысалы, текшелер, [100] тетраэдра, [90] октаэдра, [101, 102] икосаедра, [103, 104] түйіндер, [92, 105, 106] және ротаксандар. [107] Кейбір көп қырлы ДНҚ наноқұрылымдары әртүрлі стереоизомерлік формаларға жиналуы мүмкін, [102] бұл плазмоника сияқты функционалды топтардың нақты орналасуын талап ететін әлеуетті қолданбалары үшін қажет емес. [108] Гудман және т.б. бір диастереомердің екіншісінен өздігінен жиналуына ықпал ететін ДНҚ тетраэдрін жобалау әдісін көрсетті [90] (3е-сурет). Асимметриялық үш нүктелі жұлдызды ДНҚ мотивтерін қолдана отырып, Мао мен оның жұмысшылары ДНҚ түйісу бұрыштарын басқару арқылы ширальдылығын орнатуға болатын үшбұрышты ДНҚ призмаларын синтездеді. [109]

      ДНҚ -ны топологиялық жабық және бір -бірімен байланысқан жиынтықтар құру үшін де қолдануға болады, олардың көпшілігі табиғаты хиральды. Ян зертханасы тривиальды емес топологиялары бар ДНҚ оригами наноқұрылымдарының әртүрлі түрлерін жасады, [110] екеуін де қоса, сол және оң жақ Möbius жолақтары [91] (3f-сурет). Шмидт пен Геккель синтетикалық наномоторлардың негізін құра алатын өзара құлыпталған ДНҚ шағын шеңберлерін құру процесін әзірледі [92] (3g-сурет). Лю және т.б. синтезделген трефоил торапты құрылымдары, төрт жақты dsDNA түйінінің хиральды топологиясының артықшылығын пайдалану арқылы [93] (3х сурет). Ян мен оның әріптестері бір тізбекті ДНҚ мен РНҚ көмегімен түйінделген нуклеин қышқылының наноқұрылымдарын құрды, сандар 57-ге дейін жетеді. [106]

      Қазіргі уақытта ДНҚ оригами әдісі [79] өздігінен жиналатын ДНҚ наноқұрылымдарын құрудың ең танымал әдісі болып табылады. ДНҚ оригами әдісінде ДНҚ -ның ұзын тізбегінің 3D пішініне бүктелуін бағыттау үшін қысқа синтетикалық «қапсырмалы» ДНҚ тізбектері қолданылады. [79, 116] Әдістің сәтті болуына ішінара компьютерлік каддано конструкторлық құралы себеп болды, [117] торға негізделген дизайн негізін және пайдаланушының графикалық интерфейсін қамтамасыз ету арқылы жобалау процесін жеңілдетеді. Күрделі 3D ДНҚ оригами наноқұрылымының тепе-теңдік пішіні іргелес спиральдық домендерді қосатын кроссоверлер арасындағы қашықтыққа сезімтал екені анықталды. [111] Ших зертханасы оң және сол қолды ДНҚ байламдарын құру үшін кроссоверлер арасындағы базалық жұптардың санын өзгертті (Сурет 4а). [111] Liedl зертханасы ДНҚ нанотүтікшесінің хиральдылығын түтіктің бір бетіне базалық жұптарды қосу арқылы және екіншісінен алу арқылы реттеуге болатынын көрсетті [112] (4б -сурет).

      Биологиялық жүйелерде биохимиялық процестерді оқшаулау және реттеу үшін липидті қос қабатты жабық бөлімдер қолданылады. ДНҚ-ны арналар [120, 121] және тасымалдаушы ретінде әрекет ететін мембраналық ендірілген құрылымдарды [118, 119] құру үшін қолдануда үлкен қызығушылық болды. [122, 123] Үлкенірек, мембраналық қоршалған құрылымдар гидрофобты липидті анкерлері бар ДНҚ тіректерін функционалдықтандыру арқылы жиналған. [124] Лин мен әріптестері полимеризациядан кейін липидті везикуладан түтік тәрізді бұтақтарды шығаратын хиральды ДНҚ оригами «серіппелерін» жасады [113] (4в-сурет). Мұндай құрылымдар липидті везикулалар арасындағы химиялық қозғалысты бағыттау үшін өту жолдарын құру үшін қолданылуы мүмкін. [125]

      2012 жылы Диц тобы объектінің TEM кескіндерін оңай туралауға мүмкіндік беру үшін жаһандық хиральды ДНҚ оригами дизайнын қолданды, бұл 3D ДНҚ оригами нысанының бірінші жоғары ажыратымдылықтағы крио-ЭМ реконструкциясын қамтамасыз етті. [126] Қайта құру құрылымда кездейсоқ, шамалы жаһандық бұрылысты анықтады, ол имитациямен расталды [127] және содан бері ДНҚ оригамиінің стандартты дизайнының жалпы ерекшелігі ретінде байқалды. Көбінесе бұл хиральдық жағымсыздық ретінде қарастырылады. Мысалы, Диц тобы кездейсоқ бұралудың шектеулі иерархиялық өздігінен жиналуын анықтады, бұл V-кірпіштен жасалған үшбұрышты компоненттердің қалдықтарын бұрауды алып тастауды және гигадалтон өлшемді ДНҚ түтіктерін өздігінен жинауға мүмкіндік беруді қажет етеді [114] (4d-сурет). Суретке түсіру кезінде гигадалтон оригами құрылымдары белгісіз шығу тегі күтпеген бұрылысты анықтады.

      ДНҚ наноқұрылымдарының көлемін ұлғайту үшін Ян тобы ДНҚ-ның бір тізбекті молекуласының ұлғайтылған аналогы ретінде жабысқақ тізбекті «негіздермен» функционалданған «омыртқа» алты спиральды ДНК оригами байламын қолданатын мета-ДНҚ стратегиясын жасады. [115] Олар құраушы мета-ДНҚ негіздерінің хиральды орналасуын бағдарламалау арқылы сол және оң қол мета-ДНҚ синтездеді (4e-сурет). Оң жақ қос жіпшелі мета-ДНҚ аналогымен салыстырғанда бес есе қатаң екені анықталды, бұл хирализмнің мұндай құрылымдардың механикалық қасиеттерінде маңызды рөл атқаратынын көрсетеді.


      Талқылау

      ДНҚ-ны байланыстыру және нығыздау конденсин реакциясының цикліндегі ерекше қадамдар болып табылады

      Біз магниттік пинцеттерді бір ДНҚ молекулаларымен байланысын және бүршіктенетін ашытқы конденсин кешенімен тығыздалуын сипаттау үшін қолдандық. Біздің нәтижелер конденсин I кешендерінің иммундық тазартылғанын көрсеткен алдыңғы зерттеулерді кеңейтеді X. laevis жұмыртқа сығындылары ДНҚ -ны магнитті пинцетпен тығыздай алады (Strick т.б, 2004). Осы және көлемді биохимиялық зерттеулерге сәйкес (Kimura & Hirano, 1997 Kimura т.б, 1999), біздің деректеріміз конденсиннің ДНҚ-мен байланысы АТФ болмаған кезде болуы мүмкін екенін көрсетеді (EV2A сурет). Бұл АТФ-тәуелсіз әрекеттесу физиологиялық тұз концентрациясы бар жуу қадамдарынан аман қалуға қабілетті, бірақ ол жоғары иондық күші бар буферлік жағдайларда өмір сүрмейді (3J және К-сурет), бұл конденсиннің ДНҚ-мен АТФ-тәуелсіз әрекеттесуінің электростатикалық болуы мүмкін екенін көрсетеді. табиғатта. YCg1 -Brn1 зарядталған ойықта ДНҚ байланысын болдырмайтын немесе Ycg1 қосалқы бірлігі жоқ мутантты кешендер болғандықтан (Ксонсак т.б, 2017) тығыздау белсенділігін көрсетпейді, біз тұзға сезімтал байланыстыру қадамы ДНҚ-ның екі қабатты конденсатты спиральмен және клейзиннің қосалқы бірліктерімен тікелей өзара әрекеттесу арқылы жүретінін ұсынамыз (6А және В-сурет). Біздің зерттеулерде қолданылатын конденсатты кешендер біртектілікке дейін тазартылғанын ескере отырып, бұл нәтижелер конденсин ДНҚ -мен байланыстыру және нығыздау үшін қосымша жүктеу факторларын қажет етпейтінін көрсетеді. Бұл ДНҚ -мен байланысу тиімділігін жоғарылату үшін әдетте жүктеу факторларын қолданатын байланысты когезин кешенінен айырмашылығы бар (Мураяма және Ульман, 2014, 2017 Дэвидсон т.б, 2016 Stigler т.б, 2016 ).

      Сурет 6. Конденсин көп сатылы байланысу механизмі арқылы ДНҚ-ны нығыздайды

      1. Конденсин ДНҚ-мен электростатикалық түрде байланысады, мүмкін HEAT-қайталанатын бірліктер арқылы.
      2. ATP гидролизі кезінде конденсин ДНҚ -ны топологиялық түрде алады, осылайша ДНҚ -ның тығыздалуын бастайды.
      3. Жоғары тұз немесе жоғары күш біздің электростатикалық әрекеттесуді бұзуы мүмкін in vitro талдаулар.

      ДНҚ-ға АТФ қатысқан кезде конденсин қосқанда, ол тұздылығы жоғары жағдайда өмір сүре алады (3H және I сурет). Бұл ДНҚ байланысуының ATP-тәуелді режимі ерекше тұрақты болуы керек екенін көрсетеді, мысалы, Smc2–Smc4–kleisin конденсин сақинасы ДНҚ-ны қоршайтын топологиялық байланыстыру режимі арқылы қамтамасыз етілген. Кейінгі тығыздау қадамы негізінен конденсин кешенінің Smc2-Smc4 суббірліктерімен АТФ гидролизіне байланысты, өйткені ATP бар конденсиннің Q-цикл АТФаза мутантты нұсқасы да, ATPγS бар конденсиннің жабайы түрі де болмайды. біздің талдауда байланыстырылған ДНҚ субстраттарын тығыздай алады. Электростатикалық әрекеттесудің ATP-ге тәуелді уақытша сақинаның ашылуы мен байланысқан ДНҚ-ның сақинаға енуі арқылы топологиялық өзара әрекеттесуге айналады деген қорытындыға келу қисынды болып көрінеді (6С-сурет). Бастапқы электростатикалық өзара әрекеттесу АТФ гидролизі кезінде пайда болады деп болжауға болады, бұл байланыстырушы торапты сол ДНҚ -ның басқа бөлігін алу үшін босатады және осылайша ДНҚ циклін құрады. Қорытындылай келе, біздің нәтижелеріміз кем дегенде бір электростатикалық әрекеттесу мен топологиялық әрекеттесу конденсин ДНҚ-ны ықшамдау үшін қолданатын негізгі байланыстыру режимдері ретінде қызмет етуі керек екенін көрсетеді. Сонымен қатар, нақты тығыздау процесіне үшінші өзара әрекеттесу және байланыстыру режимі қатысуы мүмкін.

      АТФ қосылғаннан кейін қысқа уақыт өткен соң, конденсин ДНҚ байланыстырғыштарының тез тығыздалуына әкеледі. Біз конденсин мен АТФ қосылғаннан кейін тығыздау басталғанға дейінгі кідірісті уақытты конденсиннің ДНҚ -мен байланысуы мен тығыздалу үшін белсенді болуына қажетті уақыттың қосындысы деп түсіндіреміз. Соңғы қадам электростатиканы топологиялық байланыстыру режиміне түрлендіруді қамтуы мүмкін (6C-сурет). Бұл интерпретация кешігу уақыты АТФ концентрациясына тәуелді және конденсин тізбекті қосу қондырғысында ДНҚ-ға алдын ала байланыстырылған кезде азаяды деген тұжырымдарға сәйкес келеді. Кешігу уақытын бақылау конденсин транслокация үшін белсенді болғанға дейін кідіретін ДНҚ перделеріндегі конденсин қозғалысының соңғы өлшемдеріне сәйкес келеді (Теракава). т.б, 2017 ).

      Тығыздау реакциясы басталғаннан кейін, ол жиі біздің орнатуда өлшей алатын максималды тығыздалған күйге көшті. Біздің талдаулардағы кез келген ыдырауға қарағанда ДНҚ -ның тығыздалуының басымдығы алдыңғы нәтижелермен салыстырылады Ксенопус конденсин I кешендері, онда ДНҚ -ның тығыздалуы көптеген жағдайларда өздігінен қайтады (Strick т.б, 2004). Осы алдыңғы есептің тағы бір айырмашылығы - бұл тығыздау жылдамдығын анықтау S. cerevisiae ақуыз концентрациясымен шамамен сызықтық масштабталған конденсин кешені. Бұл деректер бірнеше конденсиндік кешендердің тығыздау реакциясында әрекеттесетінін жоққа шығара алмаса да, олар бірнеше комплекстер ДНҚ-да жеке қозғалтқыштар ретінде әрекет ететін модельге сәйкес келеді.

      Біздің эксперименттер тығыздау үшін қажетті энергия Smc2 -Smc4 қосалқы бірліктерінің ATP гидролизінен шығуы керек дегенді қатты көрсетеді (жоғарыдан қараңыз), біз конденсацияланған ДНҚ АТФ (EV2C суреті) немесе буфері жоқ буфермен жуғаннан кейін де тығыздалған күйде қалатынын анықтаймыз. құрамында ATPγS бар (EV3E суреті). Бұл ДНҚ-ның ықшам күйін сақтау үшін конденсин арқылы үздіксіз АТФ гидролизі қажет емес екенін көрсетеді. Ықшам күйді өте жоғары физикалық күштерді немесе жоғары тұзды жағдайларды қолдану арқылы бұзуға болады, бұл топологиялық емес конденсин-ДНҚ контактілерін бұзуы мүмкін (6С-сурет).

      Тығыздауға қажетті жұмыс көлемін түсірілген күшке қарсы орын ауыстырудың көбейтіндісі ретінде есептеуге болады. Осыны ескере отырып, кБT = 4.1 pN*nm және АТФ бір ДНҚ молекуласының гидролизі нәтижесінде болатын бос энергия

      20 мыңБT, біз белгілі бір күшке қарсы тығыздықты қозғау үшін минималды қажет болатын АТФ молекулаларының санын есептей аламыз. Конденсин АТФ гидролизінен алынған энергияны 100% тиімділікпен түрлендіретінін дәлелдеу үшін біз 0,75 рН күшке қарсы толық тығыздау (ұзындығы 5-тен 0 мкм-ге дейін) 46 АТФ молекуласының гидролизін қажет ететінін есептейміз немесе эквивалентті түрде әрбір АТФ молекуласының гидролизі 110 нм қадамға сәйкес келеді. Бұл тек шама ретін бағалауды нақты қамтамасыз еткенімен, нәтиже конденсиннің ауысуы үшін байқалған үлкен қадамдардың алдыңғы бағасына сәйкес келеді (Теракава) т.б, 2017). Күш күшейген сайын тығыздалуға жету үшін қажетті энергиямен қамтамасыз ету үшін АТФ -ты көбірек гидролиздеу қажет.

      Біздің тәжірибелерден таңқаларлық жаңалық - бұл конденсатты кешеннен үлкенірек қадамдардың өте үлкен өлшемдерін қамтитын тығыздау қадамдарының өлшемдерінің кең таралуы. Бұл түсініктеменің бір түсіндірмесі болуы мүмкін: конденсат кішігірім тығыздау қадамдарын қабылдауы мүмкін және біз анықтайтын қадамдар магнитті пинцет талдауларының уақытша шешімі мен шуында шешілмейтін кішігірім қадамдардың жарылуы болуы мүмкін (0.1-0.4) s, Қосымшаны қараңыз S3 және Crut суреті т.б, 2007). Біздің қадамдық тексеруіміз үлкен қадамдар сенімді түрде анықталғанымен, талдаудың өте кішкентай қадамдарды анықтай алмайтынын көрсетеді (S2-суретті қараңыз). Біздің консервативті әдіс конденсиннің жоғары тығыздалу белсенділігінде және магнитті пинцеттерде қолданылатын төмен күштерде абай болу керектігін көрсетті. Осы себепті біз конденсатқа негізделген тығыздаудың бір циклі үшін әдеттегі қадам өлшемі туралы есеп беруден бас тартамыз.

      Конденсинмен индукцияланған ДНҚ-ны тығыздаудың геометриялық модельдерінің салдары

      Конденсат механизмінің әр түрлі геометриялық модельдерінің қайсысы біздің тұжырымдармен сәйкес келеді? ДНҚ супер орамының генерациясы ДНҚ-ны конденсациялау механизмі ретінде ұсынылды (Базетт-Джонс т.б, 2002). Біздің деректеріміз бұл модельге сәйкес келмейді, өйткені біз тығыздаудан кейін индукцияланған супер катушкалардың босап шығуын ешқашан байқай алмадық (EV4-сурет). Біз сондай-ақ босаңсыған ДНҚ, бұралуы шектелген ДНҚ және бұрылыстары бар ДНҚ молекулалары арасындағы айырмашылықты таппадық (Strick т.б, 2004). Оның орнына, біздің нәтижелер көрсеткендей, конденсат плектонемаларды тұрақтандыруы немесе «құлыптауы» мүмкін, мысалы, ДНҚ плектонемаларының сабағындағы қиылысқан ДНҚ сегменттерімен байланыстыру арқылы (EV4C суреті). Алайда, мұндай механизм конденсатқа ДНҚ -ның тығыздалған күйін тұрақтандыруға мүмкіндік берсе де, ол өздігінен тығыздауды индукциялай алмайды, демек, байқалған тығыздау әрекетін түсіндіре алмайды.

      The кездейсоқ кросс-байланыс Модель ДНҚ молекуласының әртүрлі бөліктерін кездейсоқ байланыстыру арқылы конденсин ДНҚ -ны тығыздайды деп болжайды т.б, 2015) (EV5A суреті). Мұндай сценарий қадам өлшемдерінің кең таралуымен, сондай -ақ конденсатты кешеннің өлшемінен едәуір үлкен қадамдардың өлшемімен жақсы сәйкес келеді. Бұл модель, алайда, алыстағы ДНҚ аймақтары конденсиннің әрекетінсіз бірінші кезекте кросс-байланыс үшін жақын болуын талап етеді. 1 pN күшімен біздің анализдегі ДНҚ байланыстары контур ұзындығының 85% -ына дейін созылғандықтан, бұл күштер кезінде кездейсоқ қиылысу арқылы үлкен ілмектер қалай пайда болатынын елестету қиын. Сонымен қатар, бұл модель каталитикалық нығыздау белсенділігін қамтымайтындықтан, ол кез келген бос ақуызды шайып кеткеннен кейін жартылай тығыздалған ДНҚ молекулаларының қалай әрі қарай нығыздайтынын түсіндірмейді, өйткені бұл конденсиннің бір бөлігін босату арқылы болуы екіталай. үлкен цикл жасау үшін ДНҚ -ның басқа бір бөлігін тартып алады. Қолданылатын күш әсерінен байланысқан ДНҚ полимерінің биофизикасын теориялық модельдеу бұл ұғымдарды сандық бағалауға көмектеседі. Кездейсоқ байланыстырушы модельдің өзгеруі ДНҚ циклын құру үшін өзара әрекеттесетін жеке конденсатты кешендерді қамтуы мүмкін, яғни коузин кешені үшін ұсынылған кісен тәрізді модельдің өзгеруі. т.б, 2008). Сонымен қатар, бұл модель кез келген бос ақуызды жуғаннан кейін ДНҚ -ның жартылай тығыздалған молекулалары қалай тығыздала беретінін түсіндіретін бірдей қиындыққа тап болады.

      EV5 суреті. ДНҚ нығыздауға арналған модельдер

      1. Кездейсоқ кросс-байланыс моделі.
      2. Циклды экструзия моделі.
      3. Тікелей, топологиялық және жалған топологиялық жүктеме.

      Жақында көп назар аударған модель циклды экструзия (Насмит, 2001). Бұл жерде конденсин ДНҚ -мен байланысады және ДНҚ -ның ілмегін шығару үшін оны сақина арқылы жылжытады, осылайша көлемі үнемі өседі (EV5B -сурет). Модельдеу циклді экструзия шынымен тиімді хромосомалық конденсацияға қол жеткізе алатынын көрсетті (Голобородко т.б, 2016б). Бұл модельге қойылатын талаптар конденсиннің ДНҚ қозғалтқыш белсенділігінің болуы, ол жақында көрсетілді (Теракава). т.б, 2017) және экструзиялық машина бір уақытта ДНҚ бойымен кем дегенде екі нүктемен өзара әрекеттесе алады. Егер ДНҚ -мен конденсиннің әрекеттесуі тек топологиялық болатын болса, онда контурлы экструзия жұмыс істемейді, өйткені ДНҚ сақинадан шығып кетуі мүмкін, бұл, әрине, күш әсерінен болады. Біздің ДНҚ -ның тығыздалған күйін сақтау үшін конденсин мен ДНҚ арасындағы тікелей (электростатикалық) байланыс қажет екендігі туралы анықтамамыз мұндай байланыс түзуші циклдің негізінде якорь бола алатынын көрсетеді. т.б, 2017). Жартылай тығыздалған ДНҚ молекулалары ақыр соңында қосымша ақуыз қосылмай толықтай тығыздала алады деген тұжырым, үлкен көлемдегі ілмекті экструдирлейтін қозғалтқышты елестету оңай.

      Ілмекті экструзия механизмінің мультфильмдері ДНҚ-ның жалған топологиялық құшағын жиі бейнелейді (EV5C-сурет). Мұндай псевдотопологиялық жүктеме үшін нақты топологиялық жүктемеден айырмашылығы конденсиндік сақинаның ашылуы міндетті емес. Маңыздысы, біз псевдотопологиялық қабылдау біздің деректерге сәйкес келмейтінін анықтаймыз, өйткені мұндай конформация жоғары тұзды жууға және жоғары күшке төтеп бере алмайды. Оның орнына біздің деректер ATP гидролизінің көмегімен ДНҚ жүктелуі шынымен топологиялық екенін көрсетеді. Бұл циклды экструзия туралы ойлау тәсілін өзгертетін маңызды айырмашылық, сондықтан біз циклды экструзиялау процесін болашақта модельдеу үшін топологиялық жүктелген күйді алуды ұсынамыз (6 -сурет).

      Қорытындылай келе, ДНҚ -ның компенсациясын конденсатты кешендермен жүйелі бағалау кез келген геометриялық модельде орындалуы тиіс байланыстыру режимінің шарттарын шешуге мүмкіндік берді. Біздің деректеріміз екі сатылы модельді көрсетеді: біріншіден конденсиннің ДНҚ-мен АТФ-тәуелсіз тікелей әрекеттесуі, содан кейін АТФ гидролизіне тәуелді топологиялық жүктеме және ДНҚ-ның тығыздалуы. Бұл модель хромосомалардың конденсатты комплекстермен тығыздалу механизмін ашуда маңызды қадам жасайды.


      1. Кіріспе

      ДНҚ-ның өздігінен жиналу қасиеті нанотехнологияны өзгертті, ол наноматериалдарды шығарудың ықтимал бұзатын жолын ұсынды [1]. Көміртекті нанотүтіктер [2], алтын нанобөлшектері [3] немесе кремний наноөткізгіштері [4] сияқты кәдімгі наноматериалдар әртүрлі инженерлік жүйелердің [5] таптырмас құрамдас бөліктеріне айналғанымен, мұндай материалдарды функционалдық бірліктерге жинау әлі де айтарлықтай нәтиже беруде. шақыру. Комплементарлы ДНҚ тізбегінің Уотсон-Крик будандастыруы бейорганикалық компоненттерді бағдарламаланатын жинақтау жолын ұсынды [6, 7], биоинженерлік қолданбалар саласындағы қызықты жаңалықтарды күтеді [8].

      Инженерлік құрал [9, 10] ретінде ДНҚ-ның өздігінен жиналуын енгізген алғашқы зерттеулерге сүйене отырып, ДНҚ оригами әдісі [11] ДНҚ наноқұрылымдарын шығарудың қарапайым, практикалық және әмбебап тәсілін ұсына отырып, өрісті бастады. ДНҚ оригами техникасы ұзын ДНҚ тізбегінің (орман) алшақ үзінділерін біріктіру үшін қысқа ДНҚ тізбектерінің (степлерлердің) жинағын қолданады, соңғысын белгіленген геометриялық пішінге бүктейді, 1 -сурет (А). ДНҚ оригамиінің ең ерте формалары әртүрлі пішіндегі екі өлшемді пластиналар болды [11]. Кейін бұл әдіс үшөлшемді (3D) күрделі құрылымдарды жинауға рұқсат беру үшін кеңейтілді [12, 13]. Мұндай ДНҚ оригами наноқұрылымдарының функционалдығын металл нанобөлшектермен оңай байланысатын тиол топтары сияқты көмекші химиялық топтарды қосу арқылы одан әрі жақсартуға болады [14]. Функционализация әдеттегі наноматериалдарды алдын ала белгіленген тәртіпте жинауға мүмкіндік береді [8, 14]. Дегенмен, ДНҚ оригами әдісінің әдеттегі кірістілігі көптеген химиялық процестермен салыстырғанда салыстырмалы түрде төмен, бұл ДНҚ-ның өзін-өзі құрастыру процесіндегі көптеген кинетикалық тұзақтарға байланысты [15, 16].

      Сурет 1. ДНҚ оригами мен ДНҚ кірпішін өздігінен құрастыру. А) ДНҚ оригами құрастыру схемасы. Ұзын орман тірегі, сол жақта, кішкене қапсырмалы жіптердің жиынтығымен, қыздырылған сулы ерітіндіде араласады. Ерітінді баяу күйдіреді, температура бірнеше күн бойы бөлме температурасына дейін төмендейді. Жіптердің нуклеотидтерінің Уотсон-Крик негізіндегі жұптасуы реттелген құрылымды жасайды, оң. (B) ДНҚ кірпішін құрастыру схемасы. Қысқа ДНҚ тізбектерінің жиынтығы қыздырылған сулы ерітіндіде біріктірілген. Жасыту кезінде жіптер реттелген құрылымға өздігінен жиналады, оң. Байланыстырылған тізбектер бір -бірін толықтыратын аймақтарды бөліседі, бірақ нуклеотидтер тізбегі бірдей емес. C) ДНҚ кірпішінің байланысы. ДНҚ кірпіш тізбегі (атом түріне қарай боялған шар түрінде көрсетілген) 32 нуклеотидтен тұрады және ДНҚ кірпішінің басқа жіптерінің сегіз нуклеотидтік төрт үзіндісімен толықтырылады (қызғылт, жасыл, көгілдір және қызыл күрең түстермен көрсетілген). Көк қабаттар схемалық түрде кірпіш жіптерден пайда болған екі ДНҚ дуплексін көрсетеді. Құрастырылған құрылымда кірпіштен жасалған жіп 180 градусқа бұрылады, бұл екі іргелес ДНҚ дуплекстерінің арасында бір түйін жасайды. (D) ДНҚ оригамиі мен ДНҚ кірпіш құрылымындағы ДНҚ дуплекстерінің бүйірлік байланысы. ДНҚ оригами құрылымының ДНҚ спиральдары (сол жақта) Холлидай түйінін құрайтын екі жіп арқылы байланысады. ДНҚ кірпіш құрылымында бір ДНҚ тізбегі екі ДНҚ спиралының бүйірлік байланысын құрайды (оң жақта).

      ДНҚ кірпіш әдісі таңдамалы 3D ДНҚ наноқұрылымдарын құрастыру үшін ДНҚ оригами әдісіне балама ретінде пайда болды [17]. ДНҚ кірпіш наноқұрылымдары толығымен қысқа ДНҚ олиголарынан жасалған, 1(В) суреті, бұл өздігінен құрастыру реакциясының шығымдылығын арттырады және теңшелетін 3D пішіндерінің кең ауқымын алу үшін ДНҚ тізбектерінің бірдей кітапханасын пайдалануға мүмкіндік береді [ 17]. Тұжырымдама бойынша ДНҚ кірпіш нысанының архитектурасы LEGO ® құрылыс блоктары арқылы салынғанға ұқсас. Кірпішті ДНҚ әдісінің негізгі құрылыс бірлігі - 32 -нуклеотидті олигомер, аттың табаны түрінде, 1 -сурет (С). ДНҚ кірпішінің төрт сегіз нуклеотидті бөлігі қосымша будандастыру әрекеттесуі арқылы көрші кірпіштерді қосу үшін пайдаланылады, сурет 1(C). Жіптің орталық 16 нуклеотидтік фрагменті (оған кроссовер кіреді) «бас» ретінде анықталады, ал тізбектің сегіз нуклеотидтік екі үзіндісі «құйрық» ретінде анықталады. Әр басы екі түрлі кірпіштің құйрығына қосылады, кірпіштің басынан аяғына дейінгі бағыты бүкіл құрылым бойынша сақталады. Бүктелген олиголар 1 сияқты жиналады × Барлық үш ортогоналды бағытта таңқаларлық LEGO ® 2 блогы. Идеалды жағдайда әрбір кірпіш басқа төрт кірпішпен қосылады [18]. ДНҚ кірпіш конструкцияларындағы ДНҚ спиральдары конструкциясының нәтижесінде ДНҚ оригамиінен айырмашылығы, бір тізбекті кроссовер арқылы қосылады, онда қосылыстар екі тізбекті алмасу, Холлидай түйіні (HJ) арқылы жүзеге асады, 1-сурет (D) ). Осылайша, ДНҚ кірпіші мен ДНҚ оригами құрылымдары бірдей жалпы пішінге ие болуы мүмкін, бірақ олардың құрамдас бөліктерінің ішкі байланысымен айтарлықтай ерекшеленеді.

      ДНҚ-ның өздігінен жиналуын күрделі 3D пішініне бағдарламалау-бұл қолмен жобалау мүмкіндігіне жатпайтын тапсырма [19], сондықтан әдетте автоматтандырылған конструкторлық құралдың көмегімен жүзеге асады. Мұндай алғашқы құрал 2D оригами құрылымдарын жасау үшін Ротемунд пайдаланған түпнұсқалық бағдарлама болды [11]. 3D оригами дизайнына көмектесу үшін әзірленген caDNAno бағдарламасы графикалық қолданушы интерфейсіне ие және мақсатты құрылымды іске асыру үшін қажетті қапсырмалы жіптердің нуклеотидтер тізбегін автоматты түрде жасай алады [19]. Алайда caDNAno бағдарламасы тек құрылымдарды жобалауға көмектеседі, ол дизайнның тепе-теңдік шешімі құрылымын да, оның физикалық қасиеттерін де болжамайды. Мұндай болжамдарды жасау үшін [20-23] бірқатар есептеу әдістері әзірленді, соның ішінде континуумдық механика шеңберінде ДНҚ оригамиінің тепе -теңдік құрылымдары мен ауытқуларын болжай алатын CanDo бағдарламасы [24]. Толық атомды еріткіш молекулалық динамиканың (МД) модельдеулері, жоғары есептеу шығынына қарамастан, өздігінен жиналған ДНҚ наноқұрылымдарының [21] толық физикалық сипаттамасын бере алады. MD модельдеуінде ірі түйіршікті бейнені пайдалану MD әдісінің уақыт шкаласын едәуір ұзартады [22], бұл нақты өздігінен құрастыру процесін модельдеуге мүмкіндік береді [16].

      Мұнда біз ДНҚ кірпішімен және ДНҚ оригами құрастыру әдістерімен жүзеге асырылған бірнеше солватталған ДНҚ наноқұрылымдарының жалпы атомды MD модельдеу нәтижелерін хабарлаймыз. Біздің алдыңғы зерттеуімізден кейін орнында құрылымы, механикалық қасиеттері және ДНҚ оригамиінің иондық өткізгіштігі [21, 25], біз мұнда тепе-теңдік құрылымын, құрылымдық тербелістерді және ДНҚ кірпіш нысандарының сыртқы электр өрісіне реакциясын зерттейміз. МД траекторияларын талдау бізге екі дизайн стратегиясы арқылы жүзеге асатын объектілердің қасиеттерін тікелей салыстыруға мүмкіндік береді, бұл олардың ішкі байланысының әсерін көрсетеді.


      Транскрипция факторлары: құрылымдық отбасы және ДНҚ -ны тану принциптері

      ДНҚ байланыстыратын ақуыздар биологияда орталық рөл атқарады. Басқа әрекеттермен қатар олар геномның репликациясына, белсенді гендердің транскрипциясына және зақымдалған ДНҚ -ны жөндеуге жауап береді. ДНҚ-байланыстырушы белоктардың ең үлкен және әртүрлі кластарының бірі ген экспрессиясын реттейтін транскрипция факторлары болып табылады. Бұл шолуда біз осы транскрипция факторларынан ДНҚ байланыстыратын домендердің құрылымдық зерттеулеріне назар аударамыз. Протеин мен Acirc және нуклеин қышқылының өзара әрекеттесуіне жалпы шолу, сонымен қатар шектеу ферменттері, полимеразалар және РНҚ-байланыстыратын ақуыздар туралы талқылауды қамтиды, Стейцтен (1) табуға болады. Транскрипция факторлары белгілі бір ДНҚ сайтымен (немесе учаскелер жиынтығымен) байланысу және ген экспрессиясын реттеу арқылы жасушаның дамуын, дифференциациясын және жасушалардың өсуін реттейді. Бұл транскрипция факторларының құрылымы мен ДНҚ байланыстырушы қасиеттерін түсінбей генетикалық ақпараттың қалай қолданылатынын толық түсіну мүмкін емес. Бұл шолуда біз дәйектілікпен байланыстырудың құрылымдық негізін түсінудегі прогресті қарастырамыз. Қос спиральді ДНҚ құрылымын толықтыратын бетті қандай екінші құрылымдар қамтамасыз ете алады? Негіздермен және ДНҚ магистралімен қандай байланыстар сайтты және Acirc-ты нақты тануға мүмкіндік береді? Бұл құрылымдық бөлшектерді түсіну гендердің экспрессиясына және активациясына қатысатын молекулалық механизмдер туралы түсінігімізді қалай жақсартады?

      Журнал

      Биохимияның жылдық шолуы & ndash Жылдық шолулар

      Жарияланған: 1 шілде 1992 ж

      Кілт сөздер: ақуыз-ДНҚ тану ДНҚ-байланыстырушы ақуыз спираль-бұрылыс-спираль гомеодомайн мырыш саусақ


      ДНҚ байланыстыратын ақуыздардың метилдену ерекшелігі R.DpnI және MeCP2 молекулалық динамика модельдеуімен зерттелген

      ДНҚ метилизациясы организмнің дамуы мен гендердің экспрессиясын реттеуде үлкен рөл атқарады. Цитозин негіздерінің метилденуі және эукариоттардағы метилденген цитозиннің жасушалық рөлі, сондай-ақ бактерия геномындағы аденин негіздерінің метилденуі жақсы анықталған. Ақуыздардың метилденген ДНҚ -ны қалай танитыны туралы жалпы механикалық түсінік құрылымдық және термодинамикалық тұрғыдан әлі де жетіспейді. Осы мақсатта біз R.DpnI ферментінің ерекшелігін түсіндіру үшін молекулалық динамика модельдеуінің, бос энергияның алхимиялық бұзылуын және MM-PBSA есептеулерінің нәтижелерін ұсынамыз. Стрептококк пневмониясы аденин-метилденген ДНҚ-мен каталитикалық және қанатты спираль домендерімен байланысады. Біз аденин-метилденген ДНҚ метилденбеген ДНҚ-ға қарағанда R.DpnI (−4 ккал моль -1) каталитикалық суббірлігімен және қанатты спиральдық доменмен (-1,6 ккал моль -1) жақсырақ байланысатынын анықтадық. Атап айтқанда, N6-аденин метилденуі R.DpnI-мен байланысуды энтальпикалық тұрақтандыратыны анықталды. Керісінше, C5-цитозин метиляциясы адамдық MeCP2 ақуызының MBD доменінің комплексті болуын энтропиялық түрде қосады, байланыстырушы энтальпияға ешқандай үлесі жоқ.

      Бұл жазылу мазмұнының алдын ала қаралуы, сіздің мекеме арқылы кіру.


      Отбасы

      Еркін форматтағы мәтін: РЕЕЛЬ 026100 жақтауларында бұрын жазылған бұрынғы құжаттаманың бірінші бетінде көрсетілген тапсырма берушінің/тапсырма берушінің жүктемесін түзетуге арналған түзетушілік тапсырма. , ОРЫНДАЛҒАН ТАПСЫРМАЛАР: BATE, MARKKIM, DO-NYUNREEL/FRAME:032754/0085

      Жарамдылық мерзімі: 20110325

      Алым төленген жыл: 4

      Мәтін еркін форматта: ҚЫЗМЕТ КӨРСЕТУ ЖАРЫМЫН ТӨЛЕУ, 8 ЖЫЛ, Шағын заңды тұлға (БАСТАУЫ ОҚИҒАН КОД: M2552) ПАТЕНТ ИЕСІНІҢ НҰСҚАУ МӘРТЕБЕСІ: Шағын заңды тұлға


      Бейнені қараңыз: Биология, 7-сынып, 4-тоқсан, 2-сабақ. Хромосоманың құрылымы, ДНҚ жайлы түсінік қазақ тілінде (Қазан 2022).