Pin
Send
Share
Send


Viršuje, a GC bazinė pora su trimis vandenilio jungtimis. Apačioje, AT bazinė pora su dviem vandenilio jungtimis. Vandenilio jungtys parodytos brūkšninėmis linijomis.

Kiekvienas bazės tipas ant vienos gijos sudaro ryšį tik su vienos rūšies pagrindu ant kitos gijos. Tai vadinama papildoma bazių pora. Čia purinai sudaro vandenilio ryšius su pirimidinais, kai A jungiasi tik su T, o C jungiasi tik prie G. Šis dviejų nukleotidų, jungiančiųsi per dvigubą spiralę, išdėstymas vadinamas bazine pora. Dviguboje spiralėje abi sruogos taip pat laikomos kartu per jėgas, kurias sukelia hidrofobinis poveikis ir pi kaupimasis, kurių nepaveikia DNR seka.25 Kadangi vandenilio jungtys nėra kovalentinės, jas galima lengvai sulaužyti ir prie jų prisijungti. Dvi DNR sruogos dviguboje spiralėje gali būti atskirtos kaip užtrauktukas arba mechanine jėga, arba aukšta temperatūra.26 Dėl šio papildomumo visa informacija apie dvigubą DNR spiralės seką yra dubliuojama ant kiekvienos grandinės, o tai yra gyvybiškai svarbu atliekant DNR replikaciją. Iš tikrųjų ši grįžtamoji ir specifinė komplementarių bazių porų sąveika yra kritinė visoms gyvų organizmų DNR funkcijoms.14

Dviejų tipų bazinės poros sudaro skirtingą skaičių vandenilinių ryšių, AT sudaro du vandenilio ryšius, o GC - tris vandenilio ryšius (žr. Paveikslėlius, kairėje). Todėl GC bazinė pora yra stipresnė nei AT bazinė pora. Dėl to abiejų DNR sruogų asociacijos stiprumą lemia tiek GC bazių porų procentas, tiek bendras DNR dvigubos spiralės ilgis. Ilgosios DNR sraigtinės, turinčios didelį GC kiekį, turi stipresnės sąveikos gijas, tuo tarpu trumposios sraigės, turinčios didelį AT kiekį, turi silpnesnės sąveikos gijas.27 Dvigubos DNR spiralės dalys, kurias reikia lengvai atskirti, pavyzdžiui, „TATAAT Pribnow“ dėžutė, esanti bakterijų promotoriuose, paprastai turi sekas su dideliu AT kiekiu, todėl sruogas lengviau atskirti.28 Laboratorijoje šios sąveikos stiprumą galima išmatuoti nustatant temperatūrą, reikalingą vandenilio ryšiams nutraukti, jų lydymosi temperatūrą (dar vadinamą Tm vertė). Kai visos DNR dvigubos spiralės bazės poros ištirpsta, sruogos atsiskiria ir tirpale egzistuoja kaip dvi visiškai nepriklausomos molekulės. Šios viengrandės DNR molekulės neturi vienos bendros formos, tačiau kai kurios konfigūracijos yra stabilesnės nei kitos.29

Jausmas ir antisense

DNR seka vadinama „sensacija“, jei jos seka yra tokia pati kaip RNR kopijos, kuri yra perkeliama į baltymą, seka. Seka priešingoje sruogoje papildo juslių seką, todėl vadinama „antisense“ seka. Kadangi RNR polimerazės veikia darydamos papildomą jų šablonų kopiją, būtent ši antisense grandinė yra šablonas jutimo Messenger RNR gaminti. Tiek jutimo, tiek antisense sekos gali egzistuoti skirtingose ​​tos pačios DNR grandinės dalyse (tai yra, kad abi grandinės turi ir senso, ir antisense sekas).

Tiek prokariotuose, tiek eukariotuose susidaro antisense RNR sekos, tačiau šių RNR funkcijos nėra visiškai aiškios.30 Vienas iš pasiūlymų yra tas, kad antisense RNR dalyvauja reguliuojant genų ekspresiją per RNR-RNR bazių poras.31

Kelios DNR sekos prokariotuose ir eukariotuose, o daugiau plazmidėse ir virusuose panaikina pirmiau padarytą skirtumą tarp sensacijos ir antisense sruogų, nes jie turi persidengiančius genus.32 Tokiais atvejais kai kurios DNR sekos atlieka dvigubą mokestį, koduodamos vieną baltymą, kai skaitomi nuo 5 iki 3 'išilgai vienos gijos, ir antrąjį baltymą, kai skaitomi priešinga kryptimi (vis dar nuo 5 iki 3') išilgai kitos gijos. Bakterijose šis sutapimas gali būti susijęs su genų transkripcijos reguliavimu,33 tuo tarpu virusuose persidengiantys genai padidina informacijos, kurią galima užkoduoti mažame viruso genome, kiekį.34 Kitas būdas sumažinti genomo dydį pastebimas kai kuriuose virusuose, kurių genetinė medžiaga yra linijinė arba žiedinė viengrandė DNR.3536

Superkaitinimas

DNR gali būti susukta kaip virvė procese, vadinamame DNR supervyniojimu. Kai DNR yra „atsipalaidavusioje“ būsenoje, styga paprastai apeina dvigubos spiralės ašį kas 10,4 bazės poros, tačiau, susukant DNR, sruogos tampa griežčiau ar laisviau suvyniotos.37 Jei DNR yra pasukta spiralės kryptimi, tai yra teigiamas supervyniojimasis, o bazės yra tvirtiau laikomos kartu. Jei jie yra pasukti priešinga kryptimi, tai yra neigiama superritė, o pagrindai lengviau atsiskiria.

Gamtoje dauguma DNR turi nedidelį neigiamą supervidurį, kurį įveda fermentai, vadinami topoizomerazėmis.38 Šie fermentai taip pat reikalingi norint sumažinti sukimosi įtempius, įterptus į DNR grandines vykstant tokiems procesams, kaip transkripcija ir DNR replikacija.39

Iš kairės į dešinę A, B ir Z DNR struktūros

Alternatyvios dvigubos spiralės konstrukcijos

DNR egzistuoja esant kelioms galimoms konformacijoms. Iki šiol nustatytos konfigūracijos yra šios: A-DNR, B-DNR, C-DNR, D-DNR,40 E-DNR,41 H-DNR,42 L-DNR,40 P-DNR,43 ir Z-DNR.2044 Tačiau natūraliai atsirandančiose biologinėse sistemose buvo pastebėta tik A-DNR, B-DNR ir Z-DNR.

Kokią konformaciją DNR priima, priklauso nuo DNR sekos, supervirimo kiekio ir krypties, cheminių bazių modifikacijų, taip pat tirpalo sąlygų, tokių kaip metalo jonų ir poliaminų koncentracija.45 Iš šių trijų konformacijų aukščiau aprašyta „B“ forma yra labiausiai paplitusi tokiomis sąlygomis, kaip ląstelėse.46 Dvi alternatyvios dvigubos spiralės formos DNR skiriasi savo geometrija ir matmenimis.

A forma yra platesnė dešiniosios rankos spiralė, turinti seklią, plačią smulkesnę griovelį ir siauresnį, gilesnį pagrindinį griovelį. A forma atsiranda nefiziologinėmis sąlygomis dehidratuotuose DNR pavyzdžiuose, tuo tarpu ląstelėje ji gali būti gaminama hibridinėse DNR ir RNR grandinių porose, taip pat fermentų-DNR kompleksuose.4748 DNR segmentai, kuriuose bazės buvo chemiškai modifikuotos metilinant, gali patirti didesnį konformacijos pokytį ir įgyti Z formą. Čia sruogos sukasi apie spiralės ašį kairiąja spirale, priešinga labiau paplitusiai B formai.49 Šias neįprastas struktūras gali atpažinti specifiniai Z-DNR surišantys baltymai ir jos gali būti susijusios su transkripcijos reguliavimu.50

Telomerų suformuotos DNR keturkampės struktūros pasikartojimai. DNR stuburo formacija žymiai skiriasi nuo tipiškos spiralės struktūros.

Keturkampės struktūros

Tiesinių chromosomų galuose yra specializuoti DNR regionai, vadinami telomerais. Pagrindinė šių sričių funkcija yra leisti ląstelei atkartoti chromosomos galus, naudojant fermento telomerazę, nes fermentai, kurie paprastai replikuoja DNR, negali nukopijuoti kraštinių chromosomų 3 'galų.51 Dėl to, jei chromosomoje trūko telomerų, ji kaskart daugėjant būtų trumpesnė. Šios specializuotos chromosomų dangteliai taip pat padeda apsaugoti DNR galus nuo egzonukleazių ir sustabdo DNR taisymo sistemas ląstelėje nuo jų gydymo kaip žalos, kurią reikia ištaisyti.52 Žmogaus ląstelėse telomerai paprastai yra vienos grandinės DNR ilgio, turinčio kelis tūkstančius paprastos TTAGGG sekos pakartojimų.53

Šios sekos, kuriose gausu guanino, gali stabilizuoti chromosomų galus formuodamos labai neįprastas keturių bazių vienetų komplektų grupes, o ne įprastas bazių poras, randamas kitose DNR molekulėse. Čia keturios guanino bazės sudaro plokščią plokštę, o šie plokšti keturių bazių elementai sukraunami vienas ant kito, kad būtų stabilus G keturkampis struktūra.54 Šios struktūros stabilizuojamos vandeniliniu ryšiu tarp bazių kraštų ir metalo jonų chelatiniu kiekiu kiekvieno keturių bazių vienete. Kairėje pavaizduota struktūra yra keturkampio viršutinio vaizdo, sudaryto iš DNR sekos, rastos žmogaus telomere, vaizdas iš viršaus. Viena DNR grandinė sudaro kilpą, o keturių bazių rinkiniai sukraunami centriniame keturkampyje trijų plokščių gylyje. Pakrautų bazių centre esančioje erdvėje yra trys chelatiniai kalio jonai.55 Taip pat gali būti formuojamos kitos struktūros, kai centrinis keturių pagrindų rinkinys yra iš vienos juostos, sulankstytos aplink pagrindus, arba iš kelių skirtingų lygiagrečių sruogų, kiekviena prisidedančių prie vienos pagrindinės struktūros.

Be šių sukrautų struktūrų, telomerai taip pat sudaro dideles kilpų struktūras, vadinamas telomerų kilpomis arba T-kilpomis. Viengrandė DNR garbanojasi ilgu ilgiu, kurį stabilizuoja telomerą surišantys baltymai.56 Pačiame T-kilpos gale, viengrandė telomero DNR yra laikoma ant dvigubos DNR srities telomero grandine, nutraukiančia dvigubo spiralės DNR ir bazės porą į vieną iš dviejų sruogų. Ši trigubos struktūros struktūra yra vadinama poslinkio kilpa arba D-kilpa.54

Cheminės modifikacijos

citozinas5-metilcitozinastiminasCitozino struktūra su 5-metilo grupe ir be jos. Po deaminacijos 5-metilcitozino struktūra yra tokia pati kaip timino

Pagrindo modifikacijos

Genų ekspresijai įtakos turi chromatinės chromosomos struktūra ir heterochromatino sritys (maža geno ekspresija arba jos nėra) koreliuoja su citozino metilinimu. Pavyzdžiui, citozino metilinimas, norint gauti 5-metilcitoziną, yra svarbus inaktyvinant X-chromosomą.57 Vidutinis metilinimo lygis skirtinguose organizmuose skiriasi Kaenorhabdito elegancija trūksta citozino metilinimo, tuo tarpu stuburinių gyvūnų organizme yra daugiau nei 1% jų DNR, turinčių 5-metilcitozino.58 Nepaisant 5-metilcitozino biologinio vaidmens, jis gali savaime dezinuoti ir palikti timino bazę, todėl metiliuoti citozinai yra mutacijos taškai.59 Kitos bazės modifikacijos yra adenino metilinimas bakterijose ir uracilo glikozilinimas, kad kinetoplastidžiuose susidarytų „J-bazė“.6061

DNR pažeidimas

Papildoma informacija: mutacija
Benzopirolis, pagrindinis tabako dūmų mutagenas, esantis DNR addukte.62

DNR gali pakenkti daugybė įvairių rūšių mutagenų. Tai apima oksidatorius, alkilinančius agentus, taip pat didelės energijos elektromagnetinę spinduliuotę, tokią kaip ultravioletinė šviesa ir rentgeno spinduliai. Padaryto DNR pažeidimo tipas priklauso nuo mutagenų tipo. Pavyzdžiui, UV šviesa daugiausia kenkia DNR, gamindama timino dimerus, kurie yra kryžminiai ryšiai tarp gretimų pirimidino bazių DNR grandinėje.63 Kita vertus, oksidantai, tokie kaip laisvieji radikalai ar vandenilio peroksidas, sukelia įvairius pažeidimus, įskaitant bazės, ypač guanozino, modifikacijas, taip pat dvigubų stygų pertraukas.64 Nustatyta, kad kiekvienoje žmogaus ląstelėje apie 500 bazių per dieną patiria oksidacinį pažeidimą.6566 Iš šių oksidacinių pažeidimų pavojingiausios yra dviskiemenės pertraukos, nes šiuos pažeidimus sunku atitaisyti ir jie gali sukelti taškų mutacijas, įterpimus ir trynimus iš DNR sekos, taip pat chromosomų translokacijas.67

Daugelis mutagenų įsiterpia į erdvę tarp dviejų gretimų bazių porų. Intercalatoriai dažniausiai yra aromatinės ir plokštuminės molekulės, įskaitant etiidį, daunomiciną, doksorubiciną ir talidomidą. Kad interkalatorius tilptų tarp bazių porų, bazės turi atsiskirti, iškreipdamos DNR grandines, atsukdamos dvigubą spiralę. Šie struktūriniai pokyčiai slopina transkripciją ir DNR replikaciją, sukeldami toksiškumą ir mutacijas. Dėl to DNR interkalatoriai dažnai yra kancerogenai, gerai žinomi pavyzdžiai yra benzopireno diolio epoksidas, akridinai, aflatoksinas ir etidžio bromidas.686970 Nepaisant to, dėl savo savybių slopinti DNR transkripciją ir replikaciją, jie taip pat naudojami chemoterapijoje, siekiant slopinti greitai augančias vėžio ląsteles.71

Biologinių funkcijų apžvalga

DNR paprastai būna linijinės chromosomos eukariotuose, o žiedinės chromosomos - prokariotuose. Chromosomų rinkinys ląstelėje sudaro jos genomą. Žmogaus genome yra maždaug 3 milijardai bazinių porų DNR, išdėstytų 46 chromosomose.72

Informacija, kurią nešioja DNR, yra laikoma DNR gabalų, vadinamų genais, seka. Genų informacijos perdavimas genuose pasiekiamas papildant bazių poras. Pavyzdžiui, transkripcijos metu, kai ląstelė naudoja informaciją gene, DNR seka nukopijuojama į papildomą RNR seką per trauką tarp DNR ir teisingų RNR nukleotidų. Paprastai ši RNR kopija tada naudojama atitikimo baltymų sekai sudaryti, vadinamame vertimu, kuris priklauso nuo tos pačios RNR nukleotidų sąveikos. Arba ląstelė gali tiesiog nukopijuoti savo genetinę informaciją procese, vadinamame DNR replikacija. Informacija apie šias funkcijas aprašyta kituose straipsniuose; čia daugiausia dėmesio skiriama DNR ir kitų molekulių, tarpininkaujančių genomo funkcijai, sąveikai.

Genomo struktūra

Papildoma informacija: Chromosoma, Gene

Genominė DNR yra eukariotų ląstelių branduolyje, taip pat nedideli kiekiai mitochondrijose ir chloroplastuose. Prokariotuose DNR yra laikoma netaisyklingos formos kūne citoplazmoje, vadinamoje nukleoidu.73

Genomo genetinė informacija yra laikoma genuose. Genas yra paveldimumo vienetas ir yra DNR sritis, daranti įtaką tam tikroms organizmo savybėms. Genuose yra atviras skaitymo rėmelis, kurį galima perrašyti, taip pat reguliavimo sekos, tokios kaip promotoriai ir sustiprintojai, kontroliuojantys atviro skaitymo rėmo išraišką.

Daugelyje rūšių baltymus koduoja tik nedidelė visos genomo sekos dalis. Pavyzdžiui, tik apie 1,5% žmogaus genomo sudaro baltymus koduojantys egzonai, daugiau kaip 50% žmogaus DNR sudaro nekoduojantys pasikartojantys seka.74 Priežastys, kodėl tiek daug nekoduojančių DNR yra eukariotų genomuose, tiek dėl nepaprastų genomo dydžio skirtumų, arba C vertė, tarp rūšių yra seniai įsimenamas galvosūkis, žinomas kaip „C vertės paslaptis“.75

Tačiau DNR sekos, kurios nekoduoja baltymų, vis tiek gali koduoti funkcines nekoduojančias RNR molekules, kurios yra susijusios su genų ekspresijos reguliavimu.76

T7 RNR polimerazė (mėlyna), gaminanti mRNR (žalia) iš DNR šablono (oranžinė). Sukurtas iš PBP 1MSW.

Kai kurios nekoduojančios DNR sekos vaidina struktūrinį vaidmenį chromosomose. Telomerai ir centromerai paprastai turi nedaug genų, tačiau yra svarbūs chromosomų veikimui ir stabilumui.77 Gausiai nekoduojama DNR forma žmonėms yra pseudogenai, kurie yra genų, kurie buvo išjungti dėl mutacijos, kopijos.78 Šios sekos paprastai yra tik molekulinės fosilijos, nors retkarčiais jos gali pasitarnauti kaip žaliavinė genetinė medžiaga kuriant naujus genus genų dubliavimosi ir išsiskyrimo metu.79

Transkribavimas ir vertimas

Genas yra DNR seka, kurioje yra genetinė informacija ir kuri gali įtakoti organizmo fenotipą. Genuose bazių seka išilgai DNR grandinės nusako pasiuntinio RNR seką, kuri tada nusako vieną ar daugiau baltymų sekų. Ryšį tarp genų nukleotidų sekų ir baltymų aminorūgščių sekų lemia vertimo taisyklės, bendrai vadinamos genetiniu kodu. Genetinį kodą sudaro trijų raidžių „žodžiai“, vadinami kodonai susidaro iš trijų nukleotidų sekos (pvz., ACT, CAG, TTT).

Transkripcijos metu geno kodonai RNR polimerazės pagalba nukopijuojami į nešančiąją RNR. Tada ši RNR kopija iššifruojama ribosoma, kuri nuskaito RNR seką bazės pora sudarydama pasiuntinio RNR, kad perkeltų RNR, kurioje yra aminorūgštys. Kadangi 3 raidžių kombinacijose yra 4 bazės, yra 64 galimi kodonai ( deriniai). Jie koduoja dvidešimt standartinių amino rūgščių, suteikdami daugumai aminorūgščių daugiau nei vieną galimą kodoną. Taip pat yra trys kodonai „stop“ arba „nesąmonė“, žymintys kodavimo srities pabaigą; tai yra TAA, TGA ir TAG kodonai.

DNR replikacija. Dvigubą spiralę suvynioja helikazė ir topoizomerazė. Tada viena DNR polimerazė gamina pagrindinę grandinės kopiją. Kita DNR polimerazė jungiasi su atsiliekančia grandine. Šis fermentas sudaro pertraukiamus segmentus (vadinamus Okazaki fragmentais) prieš DNR ligazės sujungimą su jais.

Replikacija

Ląstelių dalijimasis yra būtinas organizmui augti, tačiau kai ląstelė dalijasi, ji turi replikuoti DNR savo genome, kad abi dukterinės ląstelės turėtų tokią pačią genetinę informaciją kaip ir jų motina.

Dviguba DNR struktūra suteikia paprastą mechanizmą DNR replikacijai. Čia abi sruogos yra atskirtos, o tada kiekvienos stygos komplementari DNR seka atkuriama fermentu, vadinamu DNR polimeraze. Šis fermentas sudaro papildomą grandinę, randant teisingą bazę per papildomą bazių poravimą, ir surišdamas ją į pradinę grandinę. Kadangi DNR polimerazės gali pratęsti DNR grandinę tik 5–3 kryptimis, dvigubos spiralės antiparallelių kopijoms nukopijuoti naudojami skirtingi mechanizmai.80 Tokiu būdu senoji sruogos bazė diktuoja, kuri bazė atsiranda ant naujos sruogos, o ląstelė baigiasi tobula savo DNR kopija.

Sąveika su baltymais

Visos DNR funkcijos priklauso nuo sąveikos su baltymais. Šios baltymų sąveikos gali būti nespecifinės arba baltymai gali specifiškai jungtis prie vienos DNR sekos. Fermentai taip pat gali jungtis prie DNR, o ypač svarbios yra polimerazės, kopijuojančios DNR bazės seką transkripcijos ir DNR replikacijos metu.

DNR jungiantys baltymai

DNR sąveika su histonais (pavaizduota balta spalva, viršuje). Šių baltymų bazinės aminorūgštys (apačioje kairėje, mėlynos) jungiasi prie rūgščių fosfatų grupių DNR (apačioje dešinėje, raudonos).

Struktūriniai baltymai, surišantys DNR, yra gerai suprantami nespecifinės DNR ir baltymų sąveikos pavyzdžiai. Chromosomose DNR laikoma kompleksuose su struktūriniais baltymais. Šie baltymai organizuoja DNR į kompaktišką struktūrą, vadinamą chromatinu. Eukariotuose ši struktūra apima DNR jungimąsi su mažų pagrindinių baltymų, vadinamų histonais, kompleksu, o prokariotuose dalyvauja kelių rūšių baltymai.8182 Histonai sudaro disko formos kompleksą, vadinamą nukleosoma, kuriame yra du visiški dvigubos grandinės DNR posūkiai, apvynioti aplink jo paviršių. Ši nespecifinė sąveika susidaro per bazinius liekanas histonuose, sudarydama joninius ryšius su rūgštiniu DNR DNR cukraus-fosfato pagrindu, todėl jie beveik nepriklauso nuo bazinės sekos.83 Šių pagrindinių aminorūgščių liekanų cheminės modifikacijos apima metilinimą, fosforilinimą ir acetilinimą.84 Šie cheminiai pokyčiai keičia DNR ir histonų sąveikos stiprumą, todėl DNR tampa daugiau ar mažiau prieinama transkripcijos veiksniams ir keičiasi transkripcijos greitis.85 Kiti nespecifiniai DNR surišantys baltymai, esantys chromatine, apima didelio judrumo grupės baltymus, kurie pirmiausia jungiasi prie sulenktos ar iškraipytos DNR.86 Šie baltymai yra svarbūs lenkiant nukleosomų masyvus ir suskirstant juos į sudėtingesnes chromatino struktūras.87

Atskira DNR jungiančių baltymų grupė yra vienos grandinės DNR jungiantys baltymai, kurie specifiškai suriša vienos grandinės DNR. Žmonėms A replikacijos baltymas yra geriausiai apibūdinamas šios šeimos narys ir yra būtinas daugelyje procesų, kuriuose atsiskiria dviguba spiralė, įskaitant DNR replikaciją, rekombinaciją ir DNR atstatymą.88 Atrodo, kad šie surišantys baltymai stabilizuoja viengrandę DNR ir apsaugo ją nuo kamieninių kilpų susidarymo ar nukrypimų.

Lambdos represoriaus spiralės-spiralės spiralės transkripcijos faktorius surišo savo DNR taikinį89

Kiti baltymai, priešingai, specifiškai surišo tam tikras DNR sekas. Intensyviausiai iš jų tiriamos įvairios transkripcijos faktorių klasės, ty baltymai, reguliuojantys transkripciją. Kiekvienas iš šių baltymų jungiasi su vienu konkrečiu DNR sekų rinkiniu ir tokiu būdu aktyvina arba slopina genų transkripciją šiomis sekomis, esančiomis arti jų promotorių. Transkripcijos veiksniai tai daro dviem būdais. Pirma, jie gali surišti RNR polimerazę, atsakingą už transkripciją, tiesiogiai arba per kitus mediatorius baltymus; tai nustato polimerazę prie promotoriaus ir leidžia jai pradėti transkripciją.90 Kaip alternatyva, transkripcijos veiksniai gali surišti fermentus, modifikuojančius histonus prie promotoriaus; tai pakeis DNR šablono prieinamumą polimerazei.91

Kadangi šie DNR taikiniai gali atsirasti visame organizmo genome, vieno tipo transkripcijos faktoriaus aktyvumo pokyčiai gali paveikti tūkstančius genų.92 Taigi šie baltymai dažnai yra signalo perdavimo proceso, kuris tarpininkauja reaguojant į aplinkos pokyčius arba ląstelių diferenciaciją ir vystymąsi, taikiniai. Šių transkripcijos veiksnių sąveikos su DNR specifiškumas kyla iš baltymų, sudarančių daugybę kontaktų su DNR bazių kraštais, leidžiančiais jiems „nuskaityti“ DNR seką. Daugelis šių bazių sąveikų vyksta pagrindiniame griovelyje, kur bazės yra labiausiai prieinamos.93

Restrikcijos fermentas EcoRV (žalias) komplekse su jo substrato DNR94

DNR modifikuojantys fermentai

Branduolinės ir ligazės

Branduoliai yra fermentai, kurie pjauna DNR grandines, katalizuodami fosfodiesterinių ryšių hidrolizę. Branduoliai, kurie hidrolizuoja nukleotidus iš DNR sruogų galų, yra vadinami egzonukleazėmis, o endonukleazės - pjūviais. Dažniausiai molekulinėje biologijoje naudojamos nukleazės yra restrikcijos endonukleazės, kurios DNR supjaustomos tam tikromis sekomis. Pavyzdžiui, kairėje pavaizduotas fermentas „EcoRV“ atpažįsta 6 bazių seką 5'-GAT | ATC-3 'ir pjauna vertikalią liniją.

Gamtoje šie fermentai apsaugo bakterijas nuo fago infekcijos, virškindami fago DNR, kai patenka į bakterijos ląstelę, veikdami kaip restrikcijos modifikavimo sistemos dalis.95 Technologijoje šios sekai būdingos nukleazės yra naudojamos molekuliniam klonavimui ir DNR pirštų atspaudų darymui.

Fermentai, vadinami DNR ligatūra, gali vėl prisijungti prie supjaustytų ar suskaidytų DNR grandžių, naudodami energiją iš adenozino trifosfato arba nikotinamido adenino dinukleotido.96 Ligazės yra ypač svarbios atsiliekant grandinės DNR replikacijai, nes jos sujungia trumpus DNR segmentus, pagamintus replikacijos šakėje, į visą DNR šablono kopiją. Jie taip pat naudojami DNR remontui ir genetinei rekombinacijai.96

Topoizomerazės ir helikazės

Topoizomerazės yra fermentai, turintys ir nukleazės, ir ligazės aktyvumą. Šie baltymai keičia supervirimo kiekį DNR. Dalis šių fermentų veikia pjaustydami DNR spiralę ir leisdami vienai daliai pasisukti, taip sumažindami supervirimo lygį; tada fermentas užsandarina DNR pertrauką.38 Kiti šių fermentų tipai sugeba perpjauti vieną DNR spiralę ir per šią pertrauką perduoti antrą DNR grandinę, prieš vėl prisijungdami prie spiralės.97 Topoizomerazės reikalingos daugeliui procesų, susijusių su DNR, pavyzdžiui, DNR replikacijai ir transkripcijai.39

Helikazės yra baltymai, kurie yra tam tikros rūšies molekulinis variklis. Jie naudoja nukleozidų trifosfatuose, daugiausia ATP, naudojamą cheminę energiją, kad suskaidytų vandenilio ryšius tarp bazių ir DNR dvigubą spiralę išskaidytų į atskiras gijas.98 Šie fermentai yra būtini daugeliui procesų, kai fermentams reikia prieiti prie DNR bazių.

Polimerazės

Polimerazės yra fermentai, sintetinantys polinukleotidų grandines iš nukleozidų trifosfatų. Jie veikia pridėdami nukleotidus prie ankstesnio nukleotido 3 'hidroksilo grupės DNR grandinėje. Dėl to visos polimerazės veikia 5–3 kryptimis.99 Šių fermentų aktyviojoje vietoje nukleozidų trifosfato substrato bazės poros susisieja su vienos grandinės polinukleotido šablonu: tai leidžia polimerazėms tiksliai susintetinti šio šablono komplementarią sruogą. Polimerazės klasifikuojamos pagal šablono tipą, kurį jie naudoja.

Atkuriant DNR, nuo DNR priklausoma DNR polimerazė sudaro DNR sekos DNR kopiją. Tikslumas yra gyvybiškai svarbus šiame procese, todėl daugelis šių polimerazių turi korektūros funkciją. Čia polimerazė atpažįsta retkarčiais vykstančias sintezės reakcijos klaidas, nes trūksta bazių porų tarp nesuderintų nukleotidų. Jei aptinkamas neatitikimas, suaktyvinamas 3–5 egzonukleazių aktyvumas ir pašalinama neteisinga bazė.100 Daugelyje organizmų DNR polimerazės veikia dideliame komplekse, vadinamame replisome, kuriame yra keli papildomi subvienetai, tokie kaip DNR spaustukas ar helikazės.101

Nuo RNR priklausomos DNR polimerazės yra specializuota polimerazių klasė, kuri nukopijuoja RNR grandinės seką į DNR. Jie apima atvirkštinę transkriptazę, kuri yra virusinis fermentas, dalyvaujantis ląstelių užkrėtime retrovirusais, ir telomerazę, reikalingą telomerų replikacijai.10251 Telomerazė yra neįprasta polimerazė, nes jos struktūroje yra atskiras RNR šablonas.52

Transkripcija atliekama nuo DNR priklausomos RNR polimerazės, kuri nukopijuoja DNR grandinės seką į RNR. Norėdami pradėti geno transkripciją, RNR polimerazė jungiasi su DNR seka, vadinama promotoriumi, ir atskiria DNR grandines. Tada ji nukopijuoja genų seką į pasiuntinio RNR nuorašą, kol pasiekia DNR sritį, vadinamą terminatoriumi, kur ji sustoja ir atsiskiria nuo DNR. Kaip ir nuo žmogaus DNR priklausomų DNR polimerazių, RNR polimerazė II - fermentas, kuris perrašo daugumą genų žmogaus genome, veikia kaip didelis baltymų kompleksas su daugybe reguliuojančių ir papildomų subvienetų.103

Genetinė rekombinacija

Holliday jungties tarpinės sandara genetinės rekombinacijos metu. Keturios atskiros DNR grandinės yra raudonos, mėlynos, žalios ir geltonos spalvos.104
Papildoma informacija: genetinė rekombinacija
Rekombinacija apima dviejų chromosomų (M ir F) suskaidymą ir pakartotinį sujungimą, kad būtų sukurtos dvi pertvarkytos chromosomos (C1 ir C2).

DNR spiralė paprastai nesąveikauja su kitais DNR segmentais, o žmogaus ląstelėse skirtingos chromosomos netgi užima atskiras sritis branduolyje, vadinamose „chromosomų teritorijomis“.105 Šis fizinis skirtingų chromosomų atskyrimas yra svarbus DNR gebėjimui veikti kaip stabiliam informacijos saugyklai, nes vienas iš nedaugelio kartų, kai chromosomos sąveikauja, yra chromosomų perėjimo metu, kai jos rekombinuojasi. Chromosominis kryžminimas yra tada, kai dvi DNR sraigtai nutrūksta, keičiama sekcija ir vėl prisijungiama.

Rekombinacija leidžia chromosomoms keistis genetine informacija ir sukuria naujus genų derinius, kurie gali būti svarbūs keičiant kintamumą į populiaciją, taigi ir evoliuciją, ir gali būti svarbūs greitam naujų baltymų evoliucijai.106 Genetinė rekombinacija taip pat gali būti susijusi su DNR atstatymu, ypač reaguojant į ląstelės reakciją į dvigubų stygų pertraukas.107

Dažniausia chromosomų perėjimo forma yra homologinė rekombinacija, kai abi dalyvaujančios chromosomos turi labai panašias sekas. Nehomologinė rekombinacija gali pakenkti ląstelėms, nes gali sukelti chromosomų translokacijas ir genetinius anomalijas. Rekombinacijos reakciją katalizuoja fermentai, vadinami rekombinazės, tokių kaip RAD51.108 Pirmasis rekombinacijos žingsnis yra dvigubos grandinės pertrauka, kurią sukelia endonukleazė arba DNR pažeidimas.109 Žingsnių seka, kurią iš dalies katalizuoja rekombinazė, lemia abiejų sraigtų sujungimą bent viena Holliday sankryža, kurioje kiekvienos spiralės vienos sruogos segmentas yra sujungtas su papildoma grandine kitoje spiralėje. Holliday sankryža yra tetraedrinė sankryžos struktūra, kurią galima perkelti išilgai chromosomų poros, keičiant vieną sruogą į kitą. Tada rekombinacijos reakcija sustabdoma suskaidžius jungtį ir pakartotinai sujungiant išsiskyrusią DNR.110

DNR metabolizmo raida

DNR yra genetinė informacija, leidžianti veikti visiems šiuolaikiniams gyviems daiktams

Pin
Send
Share
Send