В частицах вирусов, клетках
бактерий, как и в ядрах высших организмов, ДНК плотно «упакована», образует
сложные структуры. Например, в хромосоме E.
coli содержится ДНК длиной более
1 мм, хотя длина клетки не превышает 5 мкм. Одна из самых мелких молекул ДНК –
вирусная, однако если ее вытянуть, то она будет во много раз длиннее, чем сам
вирус.
Выделенные из вирусных частиц
молекулы ДНК имеют либо линейную, либо кольцевую форму, двух- или одноцепочечную.
Часто встречаются линейные формы, имеющие начало и конец. Большой интерес
представляют линейные двухцепочечные формы с так называемыми «липкими» концами. На обоих концах такой
двухспиральной молекулы располагаются одноцепочечные участки, которые полностью
комплементарны друг другу. Например, ДНК умеренного фага* λ E. coli представляет собой линейную молекул, на обоих
концах которой полинуклеотидная цепь с 5’-концевым фосфатом на 12 нуклеотидов длиннее
цепи с 3’-OH-концом.
Последовательности оснований на двух одноцепочечных концах комплементарны друг
другу. Эти «липкие» концы одной молекулы соединяются друг с другом за счет
комплементарного спаривания оснований. В результате линейная молекула ДНК
превращается в кольцевую, удерживаемую водородными связями.
*В отличие от вирулентных
умеренные фаги, инфицируя клетку, не размножаются, а переходят в состояние
профагов. При этом ДНК умеренного фага репрессируется и интегрируется в
бактериальный геном, в результате чего она реплицируется как часть генома
бактерии.
Эта структура ДНК характерна и
для других умеренных бактериофагов. Образовавшееся кольцо имеет по одному
разрыву в обеих цепях. После «зашивания» разрывов ферментом ДНК-лигазой
образуется ковалентно замкнутое кольцо, которое служит репликативной формой.
Молекулы ДНК, содержащие «липкие» концы, широко используют в генетической
инженерии для объединения двух молекул ДНК в единую структуру.
Линейные молекулы ДНК in vivo
свертываются в плотный клубок. В таком состоянии они устойчивы к деградации.
Одноцепочечные ДНК существуют и
в кольцевой форме. Кольцевую форму имеет, например, ДНК фага φΧ174. Кольцевую
ковалентно-замкнутую форму имеют двухцепочечные ДНК бактерий, ряда вирусов,
бактериофагов, плазмид, митохондрий и пластид эукариот. Двухцепочечные ДНК
легко переходят в суперспирализованное
состояние, образуя левую (-) спираль. Это состояние – не исключение, а
правило. Однако если в кольцевой ДНК имеет хотя бы один разрыв, то
суперспирализация невозможна. Суперспирализация прежде всего необходима для «упаковки»
громадной молекулы ДНК в малом объеме ядра или клетки. Предполагают также, что
суперспирализация служит для «проверки» ДНК на целостность сахарофосфатной
цепи: перед началом редупликации ДНК закручивается в суперспираль, это возможно
лишь в той ДНК, где обе цепи сохраняют целостность на всем протяжении. Затем
следует редупликация. В сверхспиральной ДНК легче, чем в кольцевой, разводятся
комплементарные цепи, что необходимо для начала репликации и транскрипции.
Суперспирализация способствует также образованию в ДНК крестообразных структур
в участках, где расположены длинные палиндромы.
Интактную молекул ДНК,
выделенную из E. coli,
удалось расправить на специальной подложке и рассмотреть с помощью электронного
микроскопа. Оказалось, что молекула содержит суперспиральные участки. Она
образует 12-80 петель и прикреплена к цитоплазмотической мембране. С ДНК
связаны многочисленные молекулы РНК, образовавшиеся при транскрипции. Эти
молекулы РНК вместе с белками обусловливают укладку молекул ДНК с образованием
определенного числа петель в компактную структуру.
Анисимов А.А. Основы биохимии.
Стр. 196-198.
Комментариев нет:
Отправить комментарий