DNA超螺旋、基因组与染色体

《DNA超螺旋、基因组与染色体》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§2-1DNA超螺旋与拓扑异构现象第二章DNA、染色体与基因组SuperhelixofSV40DNA(Vinograd,1965)一、DNA超螺旋（superhelixorsupercoil）DNA超螺旋结构LinearDNA.LOpenCircleDNAOCrelexedformSupercoiledcircle(高级结构)CovalentClosedCircleCCC指双螺旋环状分子再度螺旋化即成为超螺旋结构。超螺旋形成示意末端固定的线型双螺旋额外的张力不能释放双螺旋以扭曲方式缓解应力，形成超螺旋二、DNA超螺旋的方向性松弛（relaxed）状态：DNA在水溶液中,构型偏B型状态

2、。DNA以10.5bp/helix为最稳定构型。正超螺旋：小于10.5bp/helix，则其二级结构处于紧缩状态，由此产生的超螺旋为正超螺旋。负超螺旋：大于10.5bp/helix，则其二级结构处于松缠状态，由此产生的超螺旋为负超螺旋。由此可见，超螺旋总是要向着抵消初级螺旋改变的方向发展；双螺旋DNA的松开导致形成负超螺旋；而DNA的拧紧，则导致形成正超螺旋；所有的超螺旋都比松弛型含有更多的自由能。拓扑学(topology)是研究几何图形在平面位置关系不变情况下空间结构变化规律的数学分支。三、DNA超螺旋拓扑学定义实验证明，细胞内的DNA存在拓扑异构现象(topoisome)，即在保

3、持DNA一级和二级结构不变的情况下，两条单链可以相互缠绕，形成不同的空间构型。超螺旋发生的规律Vinograd.J(1968)VinogradequationL=T+W~(α=β+γ)LLinkingnumber(双链DNA的交叉数)TTwistingnumber(双链DNA的缠绕数，初级螺旋圈数，即DNA分子中的Watson-Crick螺旋周数，其数值可直接在处于最稳定状态下的双链环形（或超螺旋形式）DNA中的实际螺旋周数计数得到，不一定是整数)WWrithingnumber(直观上为双螺旋数,可为小数)W=负值（negativesuperhelix）W=正值(positivesu

4、perhelix）Non-breakingNon-unwindingNon-overwindingL为定值，整数lB-DNA是力学上稳定的结构（10bp/helix）l虽交叉数减少，但需转换为一种应力，以维持10bp/helix的螺旋数，l应力的重新分配或在B-DNA状态中保留一单链区或螺旋力将维持B-DNA的右旋结构,形成超螺旋420bpL=42T=42W=0无应力松弛状态应力的分配L=36T=36W=0L=36T=42W=-6链松弛后再结成环链未松弛再结成环松开6圈螺旋△L=－62．比连系差（Specificlinkingdifference）σσ=△LkLk0=Lk-Lk0Lk

5、0能够根据DNA分子Lk的改变描述螺旋不足（超螺旋），也叫超螺旋密度（superhelixdensity）。DNA分子形成超螺旋的生物学意义：1．超螺旋DNA具有更紧密地形状，因此在DNA组装中具有重要作用；2．DNA的结构具有动态性，DNA超螺旋程度的改变介导了这种结构的变化，这有利于其功能的发挥。3．DNA是一种热力学上的稳定结构，超螺旋的引入提高了他的能量水平。拓扑异构体(topoisomer)：具有不同连接数的同一种DNA分子称为DNA拓扑异构体。四、DNA拓扑异构体与拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase)作用方式：拓扑异构酶与DNA共价结合形成中间体，使磷酸二酯

6、链暂时断裂形成切口，DNA分子的一条单链或双螺旋穿越另一条单链或双螺旋，改变其拓扑状态，但一级和二级结构并无变化。即在保持DNA一级和二级结构不变的情况下，两条单链可以相互缠绕，形成不同的空间构型。拓扑异构酶(topoisomerase)细胞内存在着一类能催化DNA拓扑异构体相互转化的酶，称为拓扑异构酶。或者说，能改变DNA拓扑联系数的酶就叫拓扑异构酶。Ⅱ型酶在两条单链上都产生切口，每次作用使连接数改变2。在Ⅱ型酶的作用是增加负超螺旋数，或减少正超螺旋数，在真核生物中还有减少负超螺旋的作用。拓扑异构酶分为Ⅰ型和Ⅱ型两类。拓扑异构酶的生物学功能消除DNA复制和转录等过程产生的正负超螺旋

7、。在细胞中，Ⅰ型酶与Ⅱ型酶的活性保持一种平衡状态，Ⅱ型酶使DNA超螺旋化的作用为Ⅰ型酶使DNA松驰化的作用所抗衡，从而使DNA保持适当的超螺旋密度。Ⅰ型酶在DNA的一条单链上产生切口，使另一条单链得以穿越，每作用一次使DNA连接数改变1；原核生物中，Ⅰ型酶只作用于负超螺旋DNA，减少负超螺旋数，使其松弛；在真核生物中，Ⅰ型酶还可以作用于正超螺旋DNA，减少正超螺旋数。TopI(swivelase,niking-closingenzyme)Breakage&