Məlumat

DNT mühərriklərinin fırlanma hissi

DNT mühərriklərinin fırlanma hissi


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.

Transkripsiya zamanı DNT motoru qarşılıqlı deyil, fırlanacaq.

  1. Başqaları nələri döndərəcək?

  2. Sabit mənada fırlanırmı?

  3. Niyə fırlanırlar?


Dartılmış DNT üçün sürpriz tapıntı

BERKELEY, CA — Çoxumuz bir bioloji hüceyrənin genetik məlumatının anbarı olan DNT-nin dolama pilləkən şəkli ilə tanışıq. Ancaq çox azımız bu məşhur ikiqat sarmalın nə qədər möhkəm sarıldığının fərqinə varırıq. Tam uzunluğuna qədər uzanan insan DNT-sinin tək bir molekulu üç futdan çox uzanır, lakin hüceyrənin nüvəsinin içərisinə sarıldığı zaman həmin molekul düymün milyonda birini ölçür. Bioloqlar çoxdan inanırdılar ki, DNT molekulu uzandıqca onun ikiqat spiralı açılmağa başlayır. Bu intuitiv nöqteyi-nəzərdən nə qədər məna kəsb etsə də, son təcrübə bunun belə olmadığını sübut etdi.

Tək molekullu vizuallaşdırma və manipulyasiya üsullarının istifadəsi üzrə aparıcı orqan olan Carlos Bustamante, Berkeley Lab-ın Fiziki Bioelmlər Bölməsi və UC Berkeley-nin Molekulyar və Hüceyrə Biologiyası, Fizika və Kimya şöbələri ilə birgə görüşlər keçirir. O, həm də Howard Hughes Tibb İnstitutunun (HHMI) müstəntiqidir.

ABŞ Enerji Departamentinin Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyası (Berkeley Laboratoriyası) və Kaliforniya Universitetinin tədqiqatçıları mikroskopik muncuqlar və maqnit cımbızların birləşməsindən istifadə edərək, bir DNT molekulunun uzandığı zaman əslində onun aşınmağa başladığını müşahidə etdilər. Bu sarma, DNT-ni uzatmaq üçün tətbiq edilən qüvvə təxminən 30 pikoNewtonu keçənə qədər davam edir. (Bir pikoNewton almanı Yerin cazibə qüvvəsinə qarşı tutmaq üçün tələb olunan gücün təxminən trilyonda biridir.) 30 pikoNewton həddini aşdıqda, DNT ikiqat sarmal proqnozlara uyğun olaraq açılmağa başladı.

&ldquoDNA&rsquos spiral quruluşu bükülmə və dartılmanın birləşdirilməsini nəzərdə tutur, buna görə də DNT-nin gərildikdə açılmalı olduğu proqnozlaşdırılır&rdquo bu təcrübəyə rəhbərlik edən biofizik Karlos Bustamante dedi. &ldquoOna görə də biz birbaşa olaraq bükülmə-uzanan birləşməni ölçəndə DNT-nin gərildikdə aşındığını tapmaq çox təəccüblü oldu. DNT molekulu yaxın məsafədən tədqiq edildikdə, bizi təəccübləndirməyə davam edir!&rdquo

Bustamante molekulyar mühərriklərin və nüvə-zülal birləşmələrinin dinamikasını, strukturunu və kinetikasını öyrənmək üçün tək molekullu vizuallaşdırma və manipulyasiya üsullarından istifadə üzrə aparıcı orqandır. O, Berkeley Laboratoriyasının Fiziki Biosciences Division və UC Berkeley-nin Molekulyar və Hüceyrə Biologiyası, Fizika və Kimya Departamentləri ilə birgə görüşlər keçirir. O, həm də Howard Hughes Tibb İnstitutunun (HHMI) müstəntiqidir.

Bu araşdırmanın nəticələri jurnalda dərc olunub Təbiət, adlı məktubda DNT dartılan zaman aşır, indi onlayn olaraq mövcuddur. Bustamante ilə birlikdə bu məktubun müəllifləri Jeff Gore, Zev Bryant, Marcelo Nöllmann, Mai Le və Nicholas Cozzarelli idi.

DNT molekulunun üst-üstə sarıldığı zaman nə baş verdiyini yoxlamaq üçün DNT şüşə örtüklə paramaqnit muncuq arasında uzandı, floresan avidinlə örtülmüş rotor muncuq isə biokimyəvi nickin altından DNT-yə yapışdırıldı. DNT-dəki gərginlik maqnitləri qaldırmaq və ya endirməklə idarə olunurdu və flüoresan muncuqun fırlanmasını izləməklə sarımdakı dəyişikliklər müşahidə edilirdi.

DNT replikasiyasının sehri və genetik məlumatın zülalların istehsalına transkripsiyası qoşa spiralın mexaniki xüsusiyyətlərindən asılıdır. Məhz buna görə də bu mexaniki xassələri anlamaq elmi prioritet olmuşdur, çünki qoşa sarmal ilk dəfə 50 ildən çox əvvəl Watson və Crick tərəfindən kəşf edilmişdir. Bustamante bu tədqiqat sahəsində qabaqcıl qabaqcıllardan biri olmuşdur. On ildən çox əvvəl o, tədqiqat qrupu ilə birlikdə DNT molekullarını kiçik muncuqlara bağladı və onların elastikliyini ölçdü. Onun və qrupunun əldə etdiyi bir çox nailiyyətlər arasında &ldquorotor bead tracking adlı texnikanın inkişafı da var.&rdquo

Rotor muncuqlarının izlənməsində tək bir DNT molekulu səthə bərkidilir və maqnitləşdirilmiş muncuq sərbəst ucuna yapışdırılır. Sonra ikiqat sarmal boyunca bir nöqtə biokimyəvi olaraq &ldquonikləşdirilir&rdquo ki, sərbəst dönmə kimi fəaliyyət göstərən tək DNT zəncirini yaradır. Bu nikin dərhal altında, fırlanma momentinə cavab olaraq fırlanacaq &ldquorotor&rdquo kimi xidmət etmək üçün DNT-yə plastik muncuq yapışdırılır. Maqnitlər, DNT molekulunu uzatmaq üçün ölçülmüş və yüksək səviyyədə idarə olunan gərginlik miqdarını təmin edərək, maqnitləşdirilmiş muncuqla manipulyasiya etmək üçün istifadə olunur. Flüoresan örtüyün istifadəsi ilə, uzanmağa cavab olaraq rotor muncuqunun sonrakı fırlanması qeyd edilə bilər.

&ldquoDNT molekuluna gərginlik tətbiq etdikdə, rotor muncuq bucağındakı dəyişikliklər aşağı DNT seqmentinin bükülməsindəki dəyişiklikləri əks etdirir&rdquo Bustamante bildirib. &ldquoUzanma zamanı müşahidə edilən həddindən artıq sarma, qəbul edilən inancın əksinə olaraq, DNT-nin uzanma-burulma birləşmə sabitinin mənfi dəyər olduğunu göstərir. Bu müşahidə həm də o deməkdir ki, əgər biz DNT-ni aşsaq, molekul daha da uzanmalıdır. Həqiqətən də biz aşkar etdik ki, Overwinding DNT molekulunun hər növbədə təxminən 0,5 nanometr uzanmasına səbəb olub.&rdquo

Sadə bir oyuncaq modeli DNT-ni sərt məftillə (qırmızı) sarmal şəklində bükülmüş elastik çubuq (boz) kimi göstərir. Daxili çubuq uzandıqca diametri azaldığı üçün dartılma spiralın həddindən artıq sarılmasına səbəb olur. Xarici sarmal daha sonra molekulun uzunluğu boyunca daha çox sayda bükülə bilir.

Bustamante və onun həmmüəllifləri sadə bir model təklif etdilər ki, bu modeldə ikiqat sarmal DNT-nin radiusunun molekul uzandıqca kiçilməsinə icazə verilir. Model, DNT-nin şəkər-fosfat onurğasına bənzər sərt bir məftillə xarici səthinə sarılmış elastik çubuqdan ibarətdir. Elastik çubuq gərginlik altında həcmi saxlayan materialdan hazırlanır.

&ldquoBu sistem uzandıqca, elastik çubuq diametri azalır,&rdquo Bustamante bildirib. &ldquoBu, xarici naqilin çubuğun uzunluğuna daha çox sayda bükülməsinə imkan verir.&rdquo

Bustamante və onun əməkdaşları tərəfindən nümayiş etdirilən bükülmə-uzatma birləşmələrinin nəticələri DNT-ni bağlayan zülalların spiral boyunca hədəf yerlərini necə tanıya bilməsi üçün mühüm təsir göstərir. Bu zülalların DNT-ni bükmək, bükmək, bükmək və bükmək üçün məlumdur. İndi məlum olub ki, onlar DNT molekulunu eyni vaxtda uzatmaqla və üstələməklə və ya onu sıxıb altdan sarımaqla öz məqsədlərinə nail ola bilərlər.

&ldquoİnanırıq ki, işimiz köhnə və mühüm problemə yeni işıq salır,&rdquo Bustamante, &ldquovə DNT/zülal qarşılıqlı əlaqəsi haqqında anlayışımızı təkmilləşdirməklə yanaşı, nanotexnologiyaya da təsir göstərəcəyini söylədi. Məsələn, DNT molekulu gələcək nanomotorları gücləndirmək üçün enerji təmin edə bilər.&rdquo


Alimlər "Genomikanın Ay Enişi" kitabında kirdən qədim DNT-ni ardıcıllıqla sıralayırlar.

Alimlər Aya enişlə müqayisədə əldə etdikləri bir irəliləyiş əldə etdilər: torpaq nümunələrindən tam qədim genomun ardıcıllaşdırılması.

Bu, insanların Ay səthinə toxunması ilə necə eynidir? Yaxşı, Kopenhagen Universitetinin tədqiqat qrupu tapdı bütöv Qədim bir ayı növünün genetik kodunu fosillərdən əldə etmədən öyrənmək, elm adamlarının ilk dəfə fosil qeydləri xaricində genlər tapdıqlarına işarədir. Və bu tədqiqatçılar torpaqdan DNT toplamaqla tək bir nümunənin genomunu deyil, bir çox nümunə topladılar.

➡ Elmin pis olduğunu düşünürsən. Biz də. Gəlin birlikdə bunun üzərindən rəftar edək.

Alimlər Meksikanın kəndlərindəki Çikihuite mağarasının torpağında qədim ayı genetik materialı tapıblar. Fransadakı qədim Chauvet mağarası kimi, Chiquihuite də dünyanın ən qədim insan sübutlarından bəzilərini ehtiva edir, lakin mağaralardan yalnız insanlar istifadə edirdilər.

Ataların DNT-si təxminən 16.000 il əvvələ gedib çıxır və o, xoşagəlməz, lakin məntiqli bir mənbədən gəlir: ayı tullantıları.

&ldquoHeyvan və ya insan sidik ifraz etdikdə və ya defekasiya etdikdə orqanizmdən hüceyrələr də xaric olur&rdquo genetik Eske Willerslev dedi Science Alert. &ldquoBiz göstərdik ki, saç, sidik və nəcis bütün genetik materialı təmin edir və düzgün şəraitdə 10.000 ildən çox yaşaya bilir.&rdquo

Oradan tədqiqatçılar ətraf mühitin DNT (eDNT) parçalarını yığdılar. &ldquoStandart eDNA üsulları növlərin çöküntülər, buz nüvələri, göllər, çaylar və okeanlar da daxil olmaqla müxtəlif mühitlərdə makrofosillər [olmadan] müəyyən edilməsinə imkan verir&rdquo alimlər öz məqalələrində izah edirlər. Cari Biologiya.

Bəs komanda bu ətraf mühit qalıqlarından ayıların genomunu necə yığdı?

Əsasən, elm adamları müasir və nəsli kəsilmiş ayıları şablon kimi istifadə edərək tam qədim genomu birləşdirdilər və qatil balinanın bədən hissələrini yığmaq üçün butulka burunlu delfin modelindən bələdçi kimi istifadə etməyi düşündülər. Parçalar bir-birinə tam bənzəyir, lakin hər iki heyvanın arxa üzgəci və üfürmə dəliyi var.

Fosillər elm adamlarına a böyük çox sayda məlumat var, lakin fosil qeydləri təbiətcə ləkəlidir və gündəlik fəaliyyətlər və heyvanların bütün populyasiyaları haqqında bizə tam məlumat verəcək bir şey kimi etibar etməyin mənası yoxdur. Məsələn, biri dolu T. rex Nümunə, möhtəşəm olsa da, bütün növün genetik məlumatının necə olduğunu izah etmir.

Willerslev bildirib Science Alert bu tədqiqat &ldquotgenomikanın aya enməsidir&rdquo çünki o, heç bir fosil tapıntısı olmadan genomun öyrənilməsinə imkan verir və özü ilə torpaqdan və digər çöküntülərdən tam olaraq toplana bilən yeni genetik məlumatların böyük zənginliyini gətirir.


DNT-nin denaturasiyası və renaturasiyası

Əgər DNT məhlulu təqribən 90°C və ya yuxarıda qızdırılarsa, DNT-ni tamamilə denatürasiya etmək üçün kifayət qədər kinetik enerji olacaq və onun tək zəncirlərə ayrılmasına səbəb olacaqdır. Bu denaturasiya çox kəskindir və karbamid və formamid kimi kimyəvi reagentlər tərəfindən sürətləndirilir.

Kimyəvi maddələr purin və pirimidin qruplarının suda həllolma qabiliyyətini artırır. Denaturasiya temperaturu və ya ərimə temperaturu (T) adlanan müəyyən xarakterik temperaturda qəfil baş verdiyi üçün ikiqat sarmalın bu ayrılmasına ərimə deyilir.m).

DNT-nin 50%-nin əridiyi temperatur kimi müəyyən edilir. Keçidin kəskinliyi onu göstərir ki, DNT ikiqat sarmal çoxlu gücləndirici bağlarla bir yerdə saxlanılan yüksək kooperativ quruluşdur. DNT-nin əriməsi 260 nm-də DNT-nin udulmasına nəzarət etməklə spektrofotometrik olaraq izlənilə bilər. Tm kristalın ərimə nöqtəsinə bənzəyir. Tm dəyəri DNT-nin təbiətindən asılıdır.

DNT-nin bir neçə nümunəsi əridilirsə, məlum olur ki, Tm ən yüksək nisbətdə G-C olan DNT-lər üçün ən yüksəkdir. Əslində dəyər bir DNT nümunəsindəki G-C faizini qiymətləndirmək üçün istifadə olunur. Əslində, Tm bir çox növlərin DNT-si G-C məzmununa görə xətti dəyişir.

Bu əlaqə Tm və G-C tərkibi guanin və sitozin əsasında cütləşdikdə üç hidrogen bağı meydana gətirdiyinə görə yaranır, halbuki adenin və timin yalnız iki əmələ gətirir.

Denatürasiya DNT-nin xüsusiyyətlərində aşağıdakı dəyişiklikləri əhatə edir:

(a) UV şüalarının udulmasının artması:

260 nm-də işığın udulmasına nəzarət etməklə spektrofotometrik olaraq denaturasiya izlənilirsə, 260 nm-də absorbansın DNT denatürasiyaya uğradıqca artdığı müşahidə edilir ki, bu fenomen hiperkromatik effekt və ya hiperxromluq və ya hiperxromizm kimi tanınır. Bu, əsas cütlərin yığılması ilə bağlıdır.

DNT məhlulunun temperaturuna qarşı 260 nm-də udulmanın qrafiki göstərir ki, az denaturasiya təxminən 70°C-dən aşağı baş verir, lakin temperaturun daha da artması denaturasiyanın həcmində nəzərəçarpacaq artımla nəticələnir.

(b) Xüsusi optik fırlanmanın azalması:

Cüt zəncirli DNT, denatürasiya ilə çox azalan güclü müsbət fırlanma göstərir. Bu dəyişiklik zülalların denatürasiyası zamanı müşahidə olunan fırlanma dəyişikliyinə bənzəyir.

(c) Özlülüyün azalması:

Doğma DNT məhlulları DNT molekulunun nisbətən sərt ikiqat spiral, uzun və çubuqvari xarakterinə görə yüksək özlülük nümayiş etdirir. Denatürasiya özlülüyün nəzərəçarpacaq dərəcədə azalmasına səbəb olur.

Ərinmiş DNT soyudulursa, ayrılmış ipləri yenidən əlaqələndirmək mümkündür, bu proses renaturasiya kimi tanınır. Bununla belə, sabit ikizəncirli molekul yalnız tamamlayıcı zəncirlərin əsasları dəqiq qoşalaşacaq şəkildə toqquşduqda yarana bilər. Lakin DNT çox uzun və mürəkkəbdirsə, renaturasiya dəqiq olmaya bilər.

Beləliklə, renaturasiya sürəti (renaturasiya kinetikası) DNT molekulunun mürəkkəbliyi haqqında məlumat verə bilər. Tam denatürasiya asanlıqla geri dönən proses deyil. Əgər istiliklə denatürasiya olunmuş DNT məhlulu yavaş-yavaş soyudulursa (anneling) və məhlulu T-dən təxminən 25°C-də saxlayınm və bir neçə saat ərzində 0,4M Na + konsentrasiyasından yuxarı, müəyyən miqdarda

DNT (50-60%) renaturasiya olunur. Sürətli soyutma denaturasiyanı geri qaytarmır, lakin soyudulmuş məhlul yenidən qızdırılır və sonra yavaş-yavaş soyudulursa, renaturasiya baş verir.

(ii) Kimyəvi maddələrlə denatürasiya :

DNT ikiqat spiralının denatürasiyası karbamid və formamid kimi bəzi kimyəvi maddələrlə də baş verə bilər. Bu kimyəvi reagentlər purin və pirimidin qruplarının suda həllolma qabiliyyətini artırır. Tm dəyəri karbamidin əlavə edilməsi ilə aşağı salınır. 8M karbamiddə, Tm təxminən 20°C azalır. DNT yalnız otaq temperaturunda 95% formamidlə tamamilə denatürasiya edilə bilər.

(iii) pH-nin denaturasiyaya təsiri :

Purin və pirimidin əsaslarının ion dəyişikliklərinin baş verə biləcəyi turşu və qələvi məhlullarda denaturasiya da baş verir. 2-3 pH dəyərində olan turşu məhlullarında amin qrupları protonlarla birləşir və DNT-nin ikiqat spiralı pozulur. Eynilə, pH 12-də qələvi məhlullarda enol hidroksil qrupları ionlaşır və beləliklə, keto-amino hidrogen bağlanmasının qarşısını alır.

DNT-nin renaturasiyası:

İki zəncirli DNT preparatları denatürasiya edildikdə və renaturasiyaya icazə verildikdə, DNT-də təkrarlanan ardıcıllıqlar varsa, renaturasiya sürəti DNT-nin mürəkkəbliyi haqqında qiymətli məlumat verə bilər, onun ümumi uzunluğu ilə müqayisədə daha az mürəkkəblik göstərir, lakin bütün ardıcıllıqlar unikaldırsa, mürəkkəblik onun ümumi uzunluğuna bərabərdir.

1kb DNT fraqmentləri T-dən yuxarı qızdırılaraq denatürasiya olunurm və sonra T-dən 10°C aşağı temperaturda renaturasiya olunurm və ya 260 nm-də absorbansın azalması (hipoxrom effekti), ya da nümunələri yalnız ikiqat zəncirli DNT saxlayan hidroksilapatit sütunundan fasilələrlə keçirərək və nümunənin nə qədərinin saxlanıldığını təxmin etməklə nəzarət edilir.

Müəyyən bir müddətdən sonra renaturasiya dərəcəsi C-dən asılıdır0, denaturasiyadan əvvəl ikiqat zəncirli DNT-nin konsentrasiyası və t, saniyələrlə renaturasiya müddəti. Konsentrasiya vahid həcmdə nukleotidlərlə ölçülür. Müxtəlif DNT nümunələrinin renaturasiya sürətlərini müqayisə etmək üçün C-ni ölçmək adi haldır0 və renaturasiya üçün yarım yolun tamamlanması üçün çəkilən vaxt, t1/2, və bu dəyərləri bir-birinə vuraraq C əldə etmək0t1/2 dəyər. C nə qədər böyükdür0t1/2, DNT-nin mürəkkəbliyi nə qədər böyükdürsə, deməli, λ DNT-nin C çox aşağı olur0t1/2 insan DNT-sindən daha çox.

renaturasiya dərəcəsi log C-yə qarşı qurulursa0t (Cot əyrisi kimi tanınır), DNT-nin bir hissəsinin olduqca sürətlə, qalan hissəsinin isə çox yavaş renaturasiya edildiyi müşahidə edilir. Bu, bəzi ardıcıllığın digərlərinə nisbətən daha yüksək konsentrasiyaya malik olduğunu göstərir, yəni genomun bir hissəsi təkrarlanan ardıcıllıqlardan ibarətdir.

Bu təkrarlanan ardıcıllıqlar, renaturasiya prosesinin əvvəlində, C-nin aşağı qiyməti verən bir zamanda, renaturasiya edən nümunəni hidroksilapatit sütunundan keçirməklə tək nüsxəli unikal DNT-dən ayrıla bilər.0t. Bu mərhələdə yalnız sürətlə renaturasiya edən ardıcıllıqlar ikiqat zəncirli olacaq və buna görə də sütuna bağlanacaqlar.


Yumşaq qatılaşdırılmış maddədə işığın həssas vektor optomexaniki izi

Təbiət fotonikası (2021)

İki ölçülü materiallar üçün mühəndislik fotonik mühitləri

  • Xuezhi Ma
  • , Nathan Youngblood
  • , Xiaoze Liu
  • , Yan Cheng
  • , Preston Cunha
  • , Kaushik Kudtarkar
  • , Xiaomu Wang
  • & Shoufeng Lan

Plazmonik birləşmədən davamlı enerji axınının psevdooptik mayesi

  • Ying Chang
  • , Guang Chang
  • , Zhiming Liu
  • , Wei Hua
  • & Xiaowei Han

Kəmiyyət Spektroskopiyası və Radiativ Transfer Jurnalı (2021)


Siçanlar üzərində aparılan təcrübələr yaşlanma, radiasiya nəticəsində DNT zədələnməsinin qarşısını almağı təklif edir

Milyonlarla öz-özünə yığılan DNT pərvanələri yalnız bir mikroskop slaydına sığdıra bilər, yəni komanda bir mikroskopla birləşdirilmiş yalnız bir kameradan istifadə edərək yüzlərlə və hətta minlərlə onları eyni anda öyrənə bilər. Beləliklə, onlar ayrı-ayrı mühərriklərin işlərini necə yerinə yetirdiyini müqayisə edə və müqayisə edə bilərlər.

Kosuri, "Eyni olan iki ferment yoxdur" dedi. "Bu, zooparka bənzəyir."

Bir motor zülalı irəli atlaya bilər, digəri isə bir anlıq geriyə doğru çırpınır. Digəri bir bazada digərindən daha uzun müddətə fasilə verə bilər. Komanda hələ niyə onlar kimi hərəkət etdiyini dəqiq bilmir. ORBIT ilə silahlanmış, onlar tezliklə ola bilər.

ORBIT həmçinin ATP kimi bioloji enerji mənbələri ilə təchiz edilmiş yeni nanotexnologiya dizaynlarına ilham verə bilər. "Bizim hazırladığımız həm dizayn edilmiş komponentlərdən, həm də təbii bioloji mühərriklərdən istifadə edən hibrid nanomaşındır" dedi Kosuri. Bir gün belə hibrid texnologiya bioloji cəhətdən ilhamlanmış robotlar üçün hərfi təməl ola bilər.


Alternativ DNT strukturları

Sağ əlli qoşa spiral DNT-nin kanonik təsviri olsa da, molekulun bir sıra digər bioloji əhəmiyyətli strukturları qəbul edə biləcəyi çoxdan məlumdur. Bunlara qabarcıqlar, Z-DNT, xaç formaları və sürüşmüş ilgəklər, üç telli üçlü spirallar (H-DNT) və hətta fərqli dörd telli strukturlar, G-dördqatlar kimi ikiqat sarmaldakı dəyişikliklər daxildir [21-25, 90-93] (Şəkil 7). H-DNT DNT-nin daha bir struktur qabiliyyətini nümayiş etdirir. Standart ikiqat spiral quruluşdan uzaqlaşma H-DNT-də fərqli tipli baza cütünün əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur ki, burada üçlü kompleksin üçüncü zəncirində Watson-Crick qoşalaşmış qoşa zəncirlə Hoogsteen əsas cütləri əmələ gəlir. sonuncunun əsas yivi [21, 22] . G-dördqatını yaradan ikiqat zəncirli ardıcıllıqlar G-zəngin bir zəncir əmələ gətirir, başqa bir quruluş meydana gətirir. i-C zəngin zəncirindən motiv [25] . Dördlükdə dörd tel Hoogsteen əsas cütləşməsi ilə birləşir [23, 24], halbuki i-motif qeyri-kanonik cütləşmənin başqa bir növünə malikdir [25] .

Normal fizioloji şərtlər daxilində formalaşa bilən strukturlara əlavə olaraq, hüceyrədə normal rast gəlinənlərdən daha çox geniş və burulma qüvvələrinin tətbiqi ilə daha fərqli strukturlar induksiya edilə bilər [94]. Bu cür strukturlar klassik B tipli ikiqat spiraldan [95-97] çox fərqlidir və hər növbədə təxmin edilən 33 bp ilə sarılmış S-DNT və hər növbədə 2.7 bp olan üst sarılmış P-DNT daxildir [94, 97], sonuncu, ehtimal ki, əvvəlcə Pauling və Corey [98] tərəfindən təklif edilən "daxili-xarici" quruluşa uyğun gəlir. S-DNT-nin formalaşması ən azı 60 pN geniş qüvvə tələb edir, halbuki P-DNT yalnız 30 pN·nm -1 [95] -dən çox müsbət fırlanma momentində sabitdir.

Fizioloji şəraitdə alternativ strukturların əmələ gəlməsinə təkcə müəyyən ardıcıllıq təşkilatları və əsas kompozisiyalar deyil, həm də bu DNT ardıcıllıqlarının enerjili mühiti üstünlük verir. Bu alternativ strukturların ən sadə və bioloji cəhətdən ən mühümlərindən biri, daha sabit ikiqat sarmal uzanmalarla məhdudlaşan iki ayrılmış zəncirdən ibarət bir bölgə yaradan qısa bir ardıcıllıq əsasında əsas cütləri üzərində zəncirlərin ayrılması baş verən DNT qabarcığıdır. Bubble əmələ gəlməsi ardıcıllıqla güclü şəkildə asılıdır, ən çox TpA əsas pilləsində [46] baş verir – bütün 10 addımın ən az stabili [47, 48] (Cədvəl 1). Nəticə etibarı ilə, ərimə ikiqat spiralın açılmasını təşviq edən agentlər - yüksək temperatur və mənfi superheliklik - üstünlük verir və üstünlük verilən ərimə sahələrinin paylanması genetik funksiya ilə sıx əlaqələndirilir. Məsələn, transkripsiyanın başlanğıc nöqtəsinə yaxın olan DNT ardıcıllığı, orta hesabla, TpA baza pilləsində zənginləşir, həmçinin spesifik rekombinasiya yerləri [46].

Əsas addım Ərimə enerjisi (kkal·mol −1 )
TA −0.12
TG/CA −0.78
AA/TT −1.04
AT −1.27
AG/CT −1.29
CG −1.44
GA/TC −1.66
GG/CC −1.97
AC/GT −2.04
GC −2.70

Mənfi superheliklik həmçinin digər alternativ DNT strukturlarının, xüsusən də solaxay Z-DNT-nin və həmçinin xaç formalarının, eləcə də onların sürüşmüş halqa variantlarının əmələ gəlməsini asanlaşdırır [91, 92, 99, 100]. Baxmayaraq ki, belə strukturların baş verməsi ilə bağlı mübahisələr olub in vivo, bəzi nümunələrdə bu strukturları əmələ gətirmək potensialına malik ardıcıllıqlar promotor bölgələrin yaxınlığında yerləşir [100, 101] . G-Quadruplexes strukturun başqa bir sinfini təşkil edir. Onlar müəyyən ardıcıllıq təşkili ilə zəngin G zəngin tək zəncirdən əmələ gəlir və eukaryotik telomerlərin tək zəncirli sonlarında əsas struktur motivini təşkil edir [20, 21]. Bundan əlavə, belə ardıcıllıqlar tez-tez daxili mövqelərdə ikiqat zəncirli formada olur, yenə də tez-tez promotor bölgələrə yaxın yerləşir [102]. Yenə də, Z-DNT və sürüşmə döngələri kimi, onların əmələ gəlməsi və tamamlayıcı C-zəngin saç tıxacının formalaşması mənfi superhelicity tərəfindən təşviq edilir [103-105].

Yaranması DNT-dəki daxili burulma gərginliyindən asılı olan alternativ DNT strukturlarının çoxluğu, əgər varsa, onların funksiyası ilə bağlı sual doğurur. Onların promotor bölgələri ilə tez-tez əlaqəsi onların transkripsiyanın başlanğıcını asanlaşdıra biləcəyini, lakin mütləq vacib olmamasını nəzərdə tutur. Dərsliklərdə bu proses nisbətən sadə kimi təqdim edilsə də, reallıqda polimerazanın bağlanmasından aktiv transkripsiya edən polimerazanın qaçmasına qədər irəliləyiş ziddiyyətli topoloji problemlər yaradır (şək. 8). Bağlandıqdan sonra ferment əvvəlcə ikiqat zəncirli DNT-nin təxminən bir növbəsindən bir qədər çox əriməsinə vasitəçilik edir və bununla da mənfi superhelikliyi məhdudlaşdırır. Ancaq qapalı bir sistemdə bir cüt sarmal döngəsinin əriməsi polimerazın bilavasitə yaxınlığında ən çox özünü göstərəcək bərabər və əks müsbət superhelikliyin yaranması ilə tarazlaşdırılmalıdır. Bu müsbət superhelikliyi rahatlaşdıran bol topoizomerazlar olmadıqda, o, alternativ DNT strukturları tərəfindən udula bilər və onları yenidən sadə ikiqat spirala çevirə bilər. Bununla belə, başlanğıc üçün başqa bir potensial maneə var - polimerazanın qaçması. Polimeraza promotordan uzaqlaşmağa başlayanda DNT əvvəlcə rahatlaşarsa, irəliləyən kompleks arxada mənfi superheliklik, öndə isə müsbət superheliklik yaradacaq. Alternativ bir quruluş yaratmaq potensialı olan bir DNT ardıcıllığı tərəfindən mənfi superhelikliyin udulması daha sonra promotordan polimeraza kompleksinin sərbəst buraxılmasına imkan verə bilər. Bu strukturların mümkün funksiyalarından biri burulma tamponu kimi çıxış etməkdir [104-108]. Eynilə, eukaryotik xromosomlarda polimerazın qarşısındakı müsbət superheliklik nukleosomlar ətrafında DNT-nin açılmasının asanlaşdırılmasına kömək edə bilər [68].

DNT-nin müxtəlif alternativ strukturları qəbul etmə qabiliyyəti konformasiya elastikliyinin çox görünən təzahürü olsa da, molekul digər daha incə bioloji əhəmiyyətli keçidlərə məruz qala bilər. Bunlardan biri burulma gərginliyi altında qıvrılma və ya qıvrılma xüsusiyyətidir. Bu cür bükülmə artan elastiklik və buna görə də daha yüksək A/T məzmunu ilə üstünlük təşkil edir və ən başlıcası, həm mənfi, həm də müsbət superhelicity ilə induksiya edilə bilər. Mənfi fövqəladəlik həm də zəncirlərin lokallaşdırılmış ayrılmasına səbəb olur [46] və bu halda qıvrılma və ipin ayrılması arasında hər hansı seçim çox güman ki, ardıcıllığın həm uzunluğundan, həm də təşkilindən asılı olacaq. Ümumiyyətlə, aşağı ərimə enerjisinin bir DNT uzanması üçün, ardıcıllıq nə qədər uzun olarsa, ərimə ilə deyil, qıvrılma ilə mənfi superhelikliyə cavab vermə ehtimalı bir o qədər yüksəkdir. Bunun səbəbi, DNT superhelikliyinin bir DNT molekulu boyunca bərabər paylanmaması, əksinə, orta hesabla, ən çox deformasiya olunan ardıcıllıqla lokallaşdırılacağıdır. Yüksək dərəcədə deformasiyaya uğrayan ardıcıllıq qısa olarsa və xüsusilə deformasiyanın enerji baxımından əlverişsiz olduğu ardıcıllıqlarla əhatə olunarsa, mövcud fövqəlvarilik qısa ardıcıllıqla effektiv şəkildə cəmləşəcək və nəticədə yüksək yerli superhelik sıxlıq yaranacaq [7, 8, 109]. Əksinə, daha uzun deformasiyaya uğrayan ardıcıllıq üçün, mövcud superhelicity daha geniş yayılacaq. Qısa deformasiya olunan ardıcıllıqların nümunələri güclü bakterial promotorların heksamerik −10 bölgəsi və DNT replikasiyasının qönçələnmə maya mənşəyindəki oxşar ardıcıllıqlardır. Ən azı əvvəlki halda, superhelicity bu yerlərdə tellərin ayrılmasına üstünlük verir [46]. Bunun əksinə, aşağı ərimə enerjisi olan bölgələrə uzanan DNT

100 bp və ya daha çox güclü transkripsiyanın həm yuxarı axınında mövcuddur E. coli genlər [110, 111] və bir çox qönçələnmə maya genlərinin aşağı axını. Hər iki halda, DNT girazası və/yaxud transkripsiyası tərəfindən təqdim edilən superhelikliyin DNT-nin qıvrılmasına səbəb olduğu güman edilir [109]. Bükülmə və iplərin ayrılması arasındakı fərq bioloji funksiya üçün çox vacibdir. Superburulmuş DNT E. coli −0,05 orta superhelikal sıxlığa malikdir, yəni əlaqə nömrəsinin tam rahat vəziyyətdən −1/200 bp orta dəyişməsidir. Tipik olaraq çox aktiv sabit RNT promotorlarında E. coli −10 heksameri daha yüksək orta ərimə temperaturuna malik G/C ilə zəngin ardıcıllığın blokları ilə əhatə olunmuşdur [109]. Bu cür bloklar potensial olaraq maneə rolunu oynayır və beləliklə, fırlanma anının təsirini - daxili fövqəladəlikdən və ya birbaşa enzimatik manipulyasiyadan asılı olaraq - qısa -10 bölgəsinə lokallaşdırmağa xidmət edə bilər. Nəticə odur ki, bu ardıcıllıqla yerli superhelikal sıxlıq orta superhelikal sıxlıqdan xeyli yüksəkdir və buna görə də əriməyə üstünlük verilir [46]. Bu, bu cür promotorların yuxarı axın bölgələri ilə ziddiyyət təşkil edir, onlar həm də super qıvrılmaya həssas olsalar da [111] , baza tərkibində çox daha geniş və daha vahiddir. Nəticə etibarilə, hər hansı bir fövqəlvarilik daha çox ikiqat spiral döngələr üzərində paylanır və nəticədə "qapılı" −10 bölgəsində müşahidə oluna biləndən daha aşağı yerli superhelikal sıxlıq yaranır və beləliklə, ərimə əvəzinə qıvrılmaya üstünlük verilir. Süper qıvrılmış DNT-də birləşdirici say dəyişikliklərinin lokalizasiyası, həmçinin xaç forması və sürüşmə halqaları kimi strukturların formalaşmasında mühüm elementdir [91, 92].

Ardıcıllıqdan asılı olan əyilmə anizotropiyası və DNT elastikliyi, DNT molekulunu super sarmal gərginlik altında üstünlük verilən qıvrılan konfiqurasiyada və ya konfiqurasiyada təşkil etmək potensialına malikdir. Bu cür üstünlük verilən konfiqurasiyalar bir DNT molekulu daxilində diskret domenlərin fərqlənməsinə kömək edə bilər (məsələn (Şəkil 9). Zülallar tərəfindən sabitləşdirildikdə, qeyri-məhdud DNT molekulunda çox güman ki, dinamik olan bu cür strukturlar ayrı-ayrı topoloji domenlər kimi çıxış edə və imkan verə bilər. hər bir domen daxilində gen tənzimlənməsinin diferensial rejimləri Biz təklif edirik ki, bu kimi effektlər bir neçə kilobazaları əhatə edən analoq məlumatın ifadəsi olacaqdır.


A‑forma nuklein turşuları və Z‑DNA

Dupleks nuklein turşusunun üç müxtəlif forması təsvir edilmişdir. Neytral pH və fizioloji duz konsentrasiyalarında əksər DNT-də mövcud olan ən ümumi forma B-formadır. Bu, müzakirə etdiyimiz klassik, sağ əlli ikiqat spiral quruluşdur. RNT-DNT dupleksləri və RNT-RNT dupleksləri üçün əsas cütlər arasında daha qısa məsafə ilə daha qalın sağ əlli dupleks təsvir edilmişdir. Buna A formalı nuklein turşusu deyilir.

Dupleks DNT-nin üçüncü forması heyrətamiz dərəcədə fərqli, sol əlli spiral quruluşa malikdir. Bu Z DNT alternativ purinlərin və pirimidinlərin uzanması ilə əmələ gəlir, məs. GCGCGC, xüsusilə mənfi supercoiled DNT-də. Hüceyrədə az miqdarda DNT Z şəklində mövcuddur. Bu fərqli quruluşun bəzi hüceyrə funksiyalarının, məsələn, transkripsiya və ya tənzimləmənin tənzimlənməsində iştirak etdiyini təklif etmək cazibədar oldu, lakin bu təklifin lehinə və ya əleyhinə qəti sübut hələ mövcud deyil.

A-formalı və B-formalı nuklein turşusu arasındakı fərqlər

A-formalı və B-formalı nuklein turşusu arasındakı əsas fərq deoksiriboza şəkər halqasının uyğunluğundadır. B forması üçün C2' endokonformasiyasında, A şəklində isə C3' endokonformasiyasındadır. Şəkil (PageIndex<4>)-də göstərildiyi kimi, dezoksiribozanın C4'-O-C1' atomları ilə təyin olunan müstəvini nəzərə alsanız, C2' endokonformasiyasında C2' atomu müstəvidən yuxarıdadır, halbuki C3' atomu C3' endokonformasiyasında müstəvidən yuxarıdır. Sonuncu konformasiya 5' və 3' hidroksilləri (hər ikisi növbəti nukleotidlərə bağlanan fosfatlara esterləşmiş) C2' endokonfromasiyasında göründüyündən daha yaxınlaşdırır (Şəkil 2.16). Beləliklə, qonşu nukleotidlər arasındakı məsafə B-formalı nuklein turşusuna nisbətən A şəklində təxminən 1 Angstrom azalır (Şəkil (PageIndex<4>)).

Şəkil (PageIndex<4>): Nükleotidlərdəki şəkərə nisbətən əsasın sin və anti konformasiyaları.

A-formalı və B-formalı nuklein turşusu arasındakı ikinci əsas fərq, dupleks daxilində əsas cütlərinin yerləşdirilməsidir. B-formasında baza cütləri demək olar ki, spiral ox üzərində mərkəzləşmişdir (Şəkil (PageIndex<4>)), lakin A-formasında onlar mərkəzi oxdan uzaqlaşaraq əsas yivə yaxın yerdədirlər. Nəticə A-formasında daha açıq silindrik nüvəsi olan lentəbənzər spiraldır.


Tədqiqatçılar viral DNT qablaşdırma motorunun daxili işini aşkar edirlər

DNT-nin 3D modeli. Kredit: Michael Ströck/Wikimedia/ GNU Pulsuz Sənədləşdirmə Lisenziyası

Bir qrup tədqiqatçı genetik materialı ikiqat zəncirli DNT viruslarına paketləyən molekulyar motorun təfərrüatlı daxili işini kəşf ediblər. Avans, pox-, herpes- və adeno-viruslar kimi virusların çoxalma dövrünün kritik addımı haqqında fikir verir. O, həmçinin təbii biomotorlar əsasında mikroskopik maşınlar yaradan tədqiqatçılara ilham verə bilər.

Tədqiqat Duke Universiteti, Minnesota Universiteti, Massaçusets Universiteti və Texas Tibb Bölməsinin (UTMB) alimləri tərəfindən aparılıb. Nəticələr onlayn olaraq nəşr olunan məqalələrin trilogiyasında görünür Elmdə irəliləyişlər, Milli Elmlər Akademiyasının MateriallarıNuklein turşularının tədqiqi.

Maşınqayırma və materialşünaslıq, biotibbi mühəndislik professoru Gaurav Arya, "Bu cür DNT qablaşdırma mühərriklərinin necə işlədiyini başa düşməyimizə mane olan bir neçə itkin məlumat parçası var idi ki, bu da bizim terapevtik dizayn və ya yeni texnologiyaların inkişaf etdirilməsi qabiliyyətimizə mane oldu". və Duke-də kimya. "Ancaq yeni anlayışlar və simulyasiyalarla biz bu fantastik mexanizmin modelini birləşdirə bildik ki, bu da bu cür sistemlər üçün indiyə qədər yaradılmış ən detallıdır."

Viruslar bir çox növdə olur, lakin onların təsnifatı, ümumiyyətlə, onların genetik planlarını RNT və ya tək və ya cüt zəncirli DNT-yə kodlaşdırmasından asılıdır. The difference matters in many ways and affects how the genetic material is packaged into new viruses. While some viruses build a protein container called a capsid around newly produced RNA or DNA, others create the capsid first and then fill it with the genetic material.

A trio of studies has revealed how a viral DNA packaging motor works, potentially providing insights for new therapeutics or synthetic molecular machines. Each of five proteins scrunches up in turn, dragging the DNA up along with them, before releasing back into their original helical pattern. Credit: Joshua Pajak, Duke University

Most double-stranded DNA viruses take the latter route, which presents many challenges. DNA is negatively charged and does not want to be crammed together into a small space. And it's packaged into an extremely dense, nearly crystalline structure, which also requires a lot of force.

"The benefit of this is that, when the virus is ready to infect a new cell, the pressure helps inject DNA into the cell once it's punctured," said Joshua Pajak, a doctoral student working in Arya's laboratory. "It's been estimated that the pressure exceeds 800 PSI, which is almost ten times the pressure in a corked bottle of champagne."

Forcing DNA into a tiny capsid at that amount of pressure requires an extremely powerful motor. Until recently, researchers only had a vague sense of how that motor worked because of how difficult it is to visualize. The motor only assembles on the virus particle, which is enormous compared to the motor.

"Trying to see the motor attached to the virus is like trying to see the details in the Statue of Liberty's torch by taking a photo of the entire statue," said Pajak.

But at a recent conference, Pajak learned that Marc Morais, professor of biochemistry and molecular biology at UTMB, and Paul Jardine, professor of diagnostic and biological sciences at the University of Minnesota, had been working on this motor for years and had the equipment and skills needed to see the details. Some of their initial results appeared to match the models Pajak was building with what little information was already available. The group grew excited that their separate findings were converging toward a common mechanism and quickly set about solving the mystery of the viral motor together.

nəşr olunan məqalədə Elmdə irəliləyişlər, Morais and his colleagues resolved the details of the entire motor in one of its configurations. They found that the motor is made up of five proteins attached to one another in a ring-like formation. Each of these proteins are like two suction cups with a spring in between, which allows the bottom portion to move vertically in a helical formation so that it can grab onto the helical backbone of DNA.

"Because you could fit about 100,000 of these motors on the head of a pin and they're all jiggling around, getting a good look at them proved difficult," said Morais. "But after my UTMB colleagues Michael Woodson and Mark White helps us image them with a cryo-electron microscope, a general framework of the mechanism fell into place."

In a second paper, published in Nuklein turşularının tədqiqi, the Morais group captured the motor in a second configuration using X-ray crystallography. This time the bottom suction cups of the motor were all scrunched up together in a planar ring, leading the researchers to imagine that the motor might move DNA into the virus by ratcheting between the two configurations.

To test this hypothesis, Pajak and Arya performed heavy-duty simulations on Anton 2, the fastest supercomputer currently available for running molecular dynamics simulations. Their results not only supported the proposed mechanism, but also provided information on how exactly the motor's cogs contort between the two configurations.

While the tops of the proteins remain statically attached to the virus particle, their bottom halves move up and down in a cyclic pattern powered by an energy-carrying molecule called ATP. Once all the proteins have moved up—dragging the DNA along with them—the proteins release the byproduct of the ATP chemical reaction. This causes the lower ring to release the DNA and reach back down into their original helical state, where they once again grab on to more ATP and DNA to repeat the process.

"Joshua pieced together lots of clues and information to create this model," said Arya. "But a model is only useful if it can predict new insights that we didn't already know."

At its core, the model is a series of mechanical actions that must fit together and take place in sequential order for everything to work properly. Pajak's simulations predicted a specific series of mechanical signals that tell the bottoms of the proteins whether or not they should be gripping the DNA. Like a line of dominoes falling, removing one of the signaling pathways from the middle should stop the chain reaction and block the signal.

To validate this prediction, the researchers turned to Jardine and colleagues Shelley Grimes and Dwight Anderson to see if removing one of the signaling dominoes actually stopped the motor from packaging DNA. A third paper, published in PNAS, shows that the sabotage worked. After mutating a domino in the signaling pathway so that it was unable to function, the motor could still bind and burn fuel just as well as ever, but it was much worse at actually packaging DNA.

"The new mechanism predicted by the high-resolution structures and the detailed predictions provided a level of detail greater than we ever previously had," said Jardine. "This allowed us to test the role of critical components of the motor, and therefore assess the validity of this new mechanism as we currently understand it."

The result is a strong indication that the model is very close to describing how the motor behaves in nature. The group plans to continue their highly integrated structural, biochemical and simulation approach to further test and refine the proposed model. They hope that that this fundamental understanding could potentially be used to someday fight disease or create a synthetic molecular motor.

"All technology is inspired by nature in one way or another," said Arya. "Now that we really know how this molecular motor works, hopefully it will inspire other researchers to create new inventions using these same mechanisms."