Форми високомолекулярних днк

Більшість молекул ДНК у хромосомах ссавців є лінійними. Одначе електронно-мікроскопічні дослідження показують, що інтактні молекули ДНК з деяких інших організмів є циклічними (слайд 19). Така циклічність (замкнутість) допомогає досягати високого ступеня компактизації (наприклад ДНК Е. coli у розгорнутому вигляді майже в 1000 разів довше діаметра самої бактерії).

Ще однією формою компактизації є перетворення лінійної ДНК на циклічну, потім закручування отриманого кільця навколо середньої осі для отримання так званого суперхеліксу (слайд 19). Причому кільцева ДНК, яка не закручена у суперхелікс, носить назву релаксованої.

Закручування у суперхелікс має дві основні переваги:

1. Дозволяє значно компактизувати молекулу ДНК,

2. Може регулювати (полегшувати або затруднювати) розкручування подвійного хеліксу, а отже, і взаємодію ДНК з іншими молекулами.

Однониткові НК дуже часто здатні замикатися на собі, формуючи різноманітні структури. Такі структури, як вважається, виникли еволюційно спочатку на рівні РНК для зберігання генетичної інформації та каталізу її передачі. У сучасних організмах такі структури також мають регуляторне значення, наприклад, у рибосомах.

Найпростішою і найбільш розповсюдженою з цих структур є шпилька (слайд 20), яка створюється за рахунок формування внутрішнього подвійного хеліксу через поєднання двох комплементарних ділянок одного й того ж ланцюга. Іноді такі структури формуються навіть з утворенням випинань у місцях неспарених основ. Такі структури, хоча і дестабілізують подвійний хелікс, є важливими для формування вищих рівнів організації НК та виявлення функцій (слайд 21).

Існують також інші форми однониткових НК через поєднання більш віддалених основ. Часто три або більше основ можуть взаємодіяти для стабілізації даних структур. Також додатковим фактором стабільності можуть слугувати водневі зв’язки, які не входять в комплементарні взаємодії. Йони двовалентних металів також можуть допомагати стабілізувати такі структури.

Тема 7. Принципи взаємодії днк з малими молекулами

Одиничний ланцюг РНК або ДНК, як ми вже бачили на прикладі більш вищих канонічних та неканонічних структур, може розпізнавати наступні елементи навколишнього середовища:

1. Послідовності всередині самого ланцюга для загортання самого на себе та формування внутрішньомолекулярних дуплексів, триплексів та квадриплексів,

2. Послідновності у межах сусіднього одиничного ланцюга для формування дуплексів або бімолекулярних квадриплексів,

3. Інші дуплекси для формування триплексу,

4. Три інших одиничних ланцюги для утворення тетрамолекулярного квадриплексу,

5. Білкові молекули ферментів та інших регуляторних ДНК-зв’язуючих факторів, що було описано у попередній темі, для функціонування, регуляції активності та метаболізму нуклеїнових кислот,

6. Молекули малої молекулярної маси, такі як вода, полікатіони, хімічно синтезовані біологічно активні речовини для зміни структури та/або регуляції активності нуклеїнових структур. Цей пункт ми детальніше розглянемо у теперішній темі.

Загалом, за умов взаємодії малих молекул з ДНК та РНК діють ті ж принципи, що й у випадку взаємодії з білками. Тобто, можливе:

1. Сиквенс-специфічне впізнавання НК через пряме зчитування, що включає у себе формування водневих та ковалентних зв’язків між малою молекулою та основами НК,

2. Непряме зчитування, яке може бути як частиною специфічного, так і повністю неспецифічним, включає у себе формування нековалентних взаємодій (водневих, електростатичних, гідрофобних, Ван-дер-Ваальсових) між малою молекулою та кістяком, основами, окремими компонентами нуклеотидів у складі НК.

Як правило, взаємодія проходить у регіоні малої або великої борозенки, причому у випадку прямого зчитування частіше зустрічається останній варіант. Розглянемо детальніше механізми взаємодії груп малих молекул з дуплексом ДНК.