"ДНХ-ийн мушгиа" гэдэг нэр томъёо нь нарийн төвөгтэй түүх, мөн чанартай. Дүрмээр бол Жеймс Уотсоны танилцуулсан загварыг хэлдэг. ДНХ-ийн давхар мушгиа нь хос үүсгэдэг нуклеотидуудтай хамт байрладаг. Байгальд олддог хамгийн түгээмэл мушгиа бүтэц болох В-ДНХ-д хос мушгиа нь баруун гар талдаа эргэлтэнд 10-10.5 хос суурьтай байдаг. ДНХ-ийн давхар мушгиа бүтэц нь гол ховил, жижиг ховилыг агуулдаг. В-ДНХ-д гол ховил нь жижиг ховилоос өргөн байдаг. Гол болон жижиг ховилын өргөний ялгааг харгалзан В-ДНХ-тэй холбогддог олон уураг нь илүү өргөн гол ховилоор дамжин холбогддог.
Нээлтийн түүх
ДНХ-ийн давхар мушгиа бүтцийн загварыг 1953 онд Жеймс Уотсон, Фрэнсис Крик нар (1954 онд X, Y, Z координатууд) "Nature" сэтгүүлд ДНХ-ийн 51-р зурагт шошготой рентген туяаны дифракцийн дүрслэлд үндэслэн анх нийтэлсэн., Розалинд Франклины 1952 оны бүтээлээс, дараа нь түүний авсан илүү тод зурагРэймонд Гослинг, Морис Вилкинс, Александр Стокс, Херберт Вилсон нар. Урьдчилсан загвар нь гурван судалтай ДНХ байв.
Нээлттэй бүтэц нь давхар мушгиа гэдгийг ухаарсан нь ДНХ-ийн хоёр хэлхээ спираль хэлбэртэй нэгдэж, удамшлын мэдээллийг амьд организмд хадгалж, хуулж авдаг механизмыг тайлбарладаг. Энэхүү нээлт нь 20-р зууны шинжлэх ухааны хамгийн чухал ойлголтуудын нэг гэж тооцогддог. Крик, Вилкинс, Ватсон нар нээлтэд оруулсан хувь нэмрийнх нь төлөө 1962 оны физиологи, анагаах ухааны салбарын Нобелийн шагналын гуравны нэгийг хүртжээ. Рентген туяаны дифракцийн өгөгдлөөр ДНХ-ийн спираль үүсгэхэд ашигласан Франклин 1958 онд нас барсан тул Нобелийн шагналд нэр дэвших эрхгүй болжээ.
Эрлийзжүүлэх үнэ цэнэ
Эрлийзжүүлэх гэдэг нь давхар мушгиа үүсгэх үндсэн хосуудыг холбох үйл явц юм. Хайлах гэдэг нь давхар спираль судал хоорондын харилцан үйлчлэлийг тасалдуулж, хоёр шугамын нуклейн хүчлийг тусгаарлах үйл явц юм. Эдгээр холбоо нь сул, бага зэргийн дулаан, фермент эсвэл механик хүчээр амархан тусгаарлагддаг. Нуклейн хүчлийн тодорхой цэгүүдэд хайлах нь голчлон явагддаг. ДНХ-ийн геликсийн T ба A гэж тэмдэглэгдсэн хэсгүүд нь C ба G бүс нутгуудаас илүү амархан хайлдаг. Зарим суурь үе шатууд (хосууд) мөн TA ба TG зэрэг ДНХ хайлахад мэдрэмтгий байдаг. Эдгээр механик шинж чанарууд нь олон генийн эхэнд байдаг TATA зэрэг дарааллаар тусгагдсан бөгөөд РНХ полимераза нь ДНХ-г хайлуулж, транскрипц хийхэд тусалдаг.
Халаалт
Процесс тусгаарлахМолекулууд нь ойролцоогоор 10,000 суурь хос (10 килобаз эсвэл 10 кбит) байх тохиолдолд полимеразын гинжин урвал (ПГУ) -д ашигладаг гүехэн халаалтаар утаснууд нь энгийн байдаг. ДНХ-ийн хэлхээг хооронд нь холбосон нь урт сегментүүдийг салгахад хэцүү болгодог. Эс нь ДНХ хайлах ферментүүд (геликазууд) нь топоизомеразатай нэгэн зэрэг ажиллах боломжийг олгосноор энэ асуудлаас зайлсхийдэг бөгөөд тэдгээр нь нэг хэлхээний фосфатын нурууг химийн аргаар задалж нөгөөг нь эргүүлж чаддаг. Хеликазууд нь ДНХ полимераз зэрэг дарааллыг уншдаг ферментүүдийн дамжуулалтыг хөнгөвчлөхийн тулд хэлхээг тайлдаг. ДНХ-ийн давхар мушгиа нь эдгээр хэлхээний холбооноос үүсдэг.
Спираль геометр
ДНХ-ийн бүтцийн геометрийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь шилжих, гулсах, өсөх, хазайх, мушгих, эргэх гэсэн 6 координатаар тодорхойлогддог. Эдгээр утгууд нь хос ДНХ-ийн хэлхээ бүрийн орон зай дахь байршил, чиглэлийг нарийн тодорхойлдог. Хэвийн бүтэц эвдэрсэн ДНХ эсвэл РНХ-ийн хэсгүүдэд эдгээр утгын өөрчлөлтийг ийм эвдрэлийг тодорхойлоход ашиглаж болно.
Өсөх, эргэх нь спираль хэлбэрээр тодорхойлогддог. Бусад координатууд нь эсрэгээрээ тэгтэй тэнцүү байж болно.
Шинжлэх ухааны ном зохиолд "тазайлга" гэдэг нь ихэвчлэн янз бүрийн аргаар хэрэглэгддэг бөгөөд судал хоорондын суурийн эхний тэнхлэг нь мушгиа тэнхлэгт перпендикуляр байхаас хазайдаг болохыг анхаарна уу. Энэ нь ДНХ-ийн давхар спираль үндсэн дарааллын хооронд гулсахтай тохирч байгаа бөгөөд геометрийн координатыг зөв гэж нэрлэдэг."налалт".
Спираль дахь геометрийн ялгаа
А-ДНХ, В-ДНХ, З-ДНХ гэсэн дор хаяж гурван ДНХ-ийн хэлбэр байгалийн жамаар үүсдэг гэж үздэг. Жеймс Ватсон, Фрэнсис Крик нарын тодорхойлсон В хэлбэр нь эсэд давамгайлдаг гэж үздэг. Энэ нь 23.7 Å өргөнтэй, 34 Å-ээр 10 bp уртасдаг. дараалал. ДНХ-ийн давхар мушгиа нь уусмал дахь 10.4-10.5 суурь хос тутамд тэнхлэгээ тойрон нэг бүтэн эргэлт хийдэг рибонуклеины хүчлийн хоёр шугамын холбооноос үүсдэг. Энэхүү эргэлтийн давтамж (мушгиа давирхай гэж нэрлэдэг) нь суурь тус бүр гинжин хэлхээний хөршүүддээ үзүүлэх овоолох хүчнээс ихээхэн хамаардаг. Суурийн үнэмлэхүй тохиргоо нь өгөгдсөн конформацийн мушгиа муруйны чиглэлийг тодорхойлдог.
Ялгаа ба функцүүд
А-ДНХ ба Z-ДНХ нь геометр, хэмжээнээрээ В-ДНХ-ээс эрс ялгаатай боловч мушгиа бүтэцтэй хэвээр байна. А хэлбэр нь талстографийн туршилт, эрлийз ДНХ-РНХ хэлхээний хосолсон лабораторид зөвхөн усгүйжүүлсэн ДНХ-ийн дээжинд л тохиолддог гэж эртнээс бодож ирсэн боловч ДНХ-ийн шингэн алдалт in vivo явагддаг бөгөөд А-ДНХ нь одоо бидний мэддэг биологийн функцтэй болсон.. Зохицуулах зорилгоор эсийг метилжүүлсэн ДНХ-ийн сегментүүд нь A-ДНХ ба В-ДНХ-ийн эсрэгээр мушгиа тэнхлэгийг тойрон эргэдэг Z геометрийг хэрэглэж болно. Мөн уураг-ДНХ-ийн цогцолбор Z-ДНХ-ийн бүтцийг бүрдүүлдэг нотолгоо байдаг. ДНХ-ийн геликсийн урт нь ямар ч байдлаар өөрчлөгддөггүйбичнэ үү.
Нэртэй холбоотой асуудал
Үнэндээ одоо зөвхөн F, Q, U, V, Y үсэгнүүд нь ирээдүйд нээгдэж болзошгүй ДНХ-ийн өөр өөр төрлийг нэрлэх боломжтой болсон. Гэвч эдгээр хэлбэрүүдийн ихэнх нь нийлэг аргаар бүтээгдсэн бөгөөд байгалийн биологийн системд ажиглагдаагүй. G-quadruplex гэх мэт гурван судалтай (ДНХ-ийн 3 хэлхээ) ба квадруполь хэлбэрүүд бас байдаг.
Утасдын холболт
ДНХ-ийн давхар мушгиа нь мушгиа хэлхээний холбооноос үүсдэг. Утаснууд нь бие биенийхээ эсрэг шууд байрладаггүй тул тэдгээрийн хоорондох ховил нь тэгш бус хэмжээтэй байдаг. Нэг ховил, гол нь 22 Å өргөнтэй, нөгөө нь жижиг нь 12 Å урттай байдаг. Хоёрдогч ховилын нарийсал нь суурийн ирмэгүүд нь үндсэн ховилд илүү хүртээмжтэй байдаг гэсэн үг юм. Үүний үр дүнд ДНХ-ийн давхар мушгиа дахь тодорхой дараалалд холбогдож болох транскрипцийн хүчин зүйл зэрэг уураг нь үндсэн ховилд нээгдсэн суурийн хажуу талуудтай ихэвчлэн холбогддог. Энэ байдал нь эсийн доторх ДНХ-ийн ер бусын хэлбэрт өөрчлөлт орох боловч ДНХ-г хэвийн В хэлбэрт нь эргүүлсэн тохиолдолд харагдах хэмжээний ялгааг тусгахын тулд гол болон жижиг ховилуудыг үргэлж нэрлэсэн байдаг.
Загвар үүсгэх
1970-аад оны сүүлээр спираль бус загваруудыг плазмид ба хроматин дахь ДНХ-ийн хуулбарлах асуудлыг шийдвэрлэх боломжит шийдэл гэж товчхон авч үзсэн. Гэсэн хэдий ч рентген туяа гэх мэт дараагийн туршилтын дэвшлүүдийн улмаас ДНХ-ийн давхар ороомог загварыг ашиглахаас татгалзав. ДНХ-ийн дуплексийн кристаллографи. Мөн давхар мушгиа бус загваруудыг шинжлэх ухааны нийтлэг нийгэмлэг одоогоор хүлээн зөвшөөрдөггүй.
Нэг судалтай нуклейн хүчил (ssDNA) нь мушгиа хэлбэртэй байдаггүй бөгөөд санамсаргүй ороомог эсвэл өт шиг гинж зэрэг загвараар тодорхойлогддог.
ДНХ нь ихэвчлэн өт шиг гинж хэлбэрээр загварчлагдсан харьцангуй хатуу полимер юм. Загварын хөшүүн чанар нь ДНХ-ийн эргэлт болон түүнтэй холбоотой уургуудыг бие биентэйгээ харьцуулан чиглүүлэхэд чухал байдаг бол гистеретик тэнхлэгийн хөшүүн чанар нь ДНХ-ийн ороох, уургийн эргэлт, харилцан үйлчлэлд чухал үүрэгтэй. Өндөр хүчдэл байхгүй үед шахалтын суналт нь харьцангуй чухал биш юм.
Хими ба генетик
Уусмал дахь ДНХ нь хатуу бүтэцтэй болдоггүй, харин дулааны чичиргээ болон усны молекулуудтай мөргөлдсөний улмаас конформацаа байнга өөрчилдөг тул хөшүүн байдлын сонгодог хэмжүүрийг хэрэглэх боломжгүй болгодог. Иймд ДНХ-ийн гулзайлтын хөшүүн чанарыг "полимерийн дундаж чиг баримжаа нь хамааралгүй коэффициент болох ДНХ-ийн урт" гэж тодорхойлсон тэсвэрлэх уртаар хэмждэг.
Энэ утгыг атомын хүчний микроскоп ашиглан нарийн хэмжиж, янз бүрийн урттай ДНХ молекулуудыг шууд дүрслэн харуулах боломжтой. Усан уусмалд дундаж тогтмол урт нь 46-50 нм буюу 140-150 суурь хос (ДНХ 2 нм) байдаг боловч энэ нь ихээхэн ялгаатай байж болно. Энэ нь ДНХ-г дунд зэргийн хатуу молекул болгодог.
ДНХ-ийн сегментийн үргэлжлэх хугацаа нь түүний дарааллаас ихээхэн хамаардаг бөгөөд энэ нь мэдэгдэхүйц үр дүнд хүргэдэг.өөрчлөлтүүд. Сүүлийнх нь гол төлөв бөөгнөрсөн эрчим хүч, жижиг болон том ховилд тархдаг хэлтэрхийтэй холбоотой.
Физик шинж чанар ба муруй
ДНХ-ийн энтропик уян хатан чанар нь гинжин хорхойн Кратки-Породын загвар зэрэг полимер физикийн стандарт загваруудтай гайхалтай нийцдэг. Өттэй төстэй загвартай нийцэж байгаа нь ДНХ-г нугалах нь Хукийн хуулиар маш бага (субпиконеонтоник) хүчинд дүрслэгдсэн байдаг. Гэсэн хэдий ч, ДНХ-ийн үргэлжлэх хугацаа, тэсвэрлэх чадвар багатай сегментүүдийн хувьд нугалах хүч нь ойролцоогоор тогтмол бөгөөд зан төлөв нь өмнө дурдсан өттэй төстэй загваруудаас ялгаатай нь таамаглалаас хазайдаг.
Энэ нөлөө нь жижиг ДНХ молекулуудыг тойруулахад ер бусын хялбар бөгөөд өндөр муруй ДНХ-ийн бүсүүдийг олох магадлал өндөр болно.
ДНХ-ийн молекулууд ихэвчлэн гулзайлтын илүүд үздэг чиглэлтэй байдаг, өөрөөр хэлбэл анизотроп гулзайлтын хувьд. Энэ нь дахин ДНХ-ийн дарааллыг бүрдүүлдэг суурийн шинж чанаруудтай холбоотой бөгөөд тэдгээр нь ДНХ-ийн хоёр хэлхээг спираль хэлбэртэй холбодог. Зарим тохиолдолд дараалалд зүйр цэцэн үгийн мушгиа байдаггүй.
ДНХ-ийн давхар спираль бүтэц
ДНХ-ийн гулзайлтын хамгийн тохиромжтой чиглэлийг суурь тус бүрийн дараагийн суурь дээр овоолох тогтвортой байдалаар тодорхойлогддог. Хэрэв тогтворгүй суурь овоолох алхамууд нь ДНХ-ийн мушгиагийн нэг талд үргэлж байдаг бол ДНХ нь энэ чиглэлээс илүү нугалах болно. ДНХ-ийн хоёр хэлхээг мушгиа болгон холбохэнэ чиглэлээс хамаарах молекулуудаар явагддаг. Гулзайлтын өнцөг ихсэх тусам тэдгээр нь стерикийн саад тотгорын үүргийг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь үлдэгдлийг бие биентэйгээ холбоотой, ялангуяа жижиг ховилд өнхрүүлэх чадварыг харуулдаг. А ба Т ордууд нь гулзайлтын доторх жижиг ховилд байх нь дээр. Энэ нөлөө нь ДНХ-ийн хатуу гулзайлтын үед, жишээлбэл, нуклеосомын бөөмүүдэд ДНХ-уурагтай холбогдоход ялангуяа тод илэрдэг.
ДНХ-ийн молекулууд онцгой гулзайлгах боломжтой. Үүнийг анх трипаносоматид кинетопластын ДНХ-д олж илрүүлсэн. Үүнийг үүсгэдэг ердийн дараалалд молекулын нэг тал дахь бага зэргийн ховилын үе дэх A ба T үлдэгдэл агуулсан G ба C-ээр тусгаарлагдсан 4-6 Т ба А суналт орно.
Дотоод нугалсан бүтэц нь суурийн хосуудын бие биентэйгээ харьцуулахад "эрэг эргүүлэх" замаар өдөөгддөг бөгөөд энэ нь үндсэн үе шатуудын хооронд ер бусын салаалсан устөрөгчийн холбоо үүсгэх боломжийг олгодог. Илүү өндөр температурт энэ бүтэц нь денатурат болж, улмаар дотоод муруйлт алдагддаг.
Анизотроп байдлаар нугалж буй бүх ДНХ нь дунджаар илүү урт түлхэлттэй, тэнхлэгийн хөшүүн чанар өндөртэй байдаг. Молекулыг изотроп нөлөө үзүүлэх санамсаргүй гулзайлгаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд энэхүү хөшүүн чанарыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай.
ДНХ-ийн дуугарах нь молекулын тэнхлэгийн (нугалах) хөшүүн чанар ба мушгирах (эргэлтийн) хөшүүн чанараас хамаарна. ДНХ-ийн молекул амжилттай эргэлдэхийн тулд бүрэн тойрог болж амархан нугалахад хангалттай урт байх ёстой бөгөөд энэ нь хангалттай тооны суурьтай байх ёстой.спираль наалдуулах боломжийг хангахын тулд төгсгөлүүд нь зөв эргэлттэй байсан. Цусны эргэлтийн ДНХ-ийн хамгийн оновчтой урт нь ойролцоогоор 400 суурь хос (136 нм) юм. Сондгой тооны эргэлт байгаа нь хэлхээнд эрчим хүчний ихээхэн саад тотгор болдог, жишээлбэл, 10.4 x 30=312 хос молекул нь 10.4 x 30.5 ≈ 317 молекулаас хэдэн зуу дахин хурдан эргэлддэг.
Уян хатан чанар
ДНХ-ийн урт суналт нь сунах үед энтропик уян хатан байдаг. ДНХ нь уусмалд байх үед дулааны уусгагчтай ваннд байгаа энергийн улмаас тасралтгүй бүтцийн өөрчлөлтөд ордог. Энэ нь ДНХ молекулын дулааны чичиргээ, усны молекулуудтай байнгын мөргөлдөөнтэй холбоотой юм. Энтропийн шалтгааны улмаас илүү нягт тайвширсан төлөвүүд нь сунгасан төлөвүүдээс дулааны хувьд илүү хүртээмжтэй байдаг тул ДНХ-ийн молекулууд "тайвширсан" нарийн төвөгтэй молекул загваруудад бараг хаа сайгүй байдаг. Энэ шалтгааны улмаас нэг ДНХ молекул хүч дор сунаж, түүнийг шулуун болгоно. Оптик хясаа ашиглан ДНХ-ийн энтропи суналтын шинж чанарыг полимер физикийн үүднээс судалж, дүн шинжилгээ хийсэн бөгөөд ДНХ нь физиологийн боломжит эрчим хүчний хэмжүүр дээр үндсэндээ Кратки-Породын өт шиг гинжин хэлхээний загвар шиг ажилладаг болох нь тогтоогдсон.
Хангалттай хурцадмал байдал, эерэг эргэлттэй үед ДНХ нь фазын шилжилтэнд ордог бөгөөд нуруу нь гадагшаа, фосфатууд нь шилжинэ.дунд. Хэт сунасан ДНХ-д зориулсан энэхүү бүтцийг ДНХ-ийн боломжит бүтэц гэж анх төсөөлж байсан Линус Паулингийн нэрээр Р хэлбэрийн ДНХ гэж нэрлэсэн.
Нэгдүүлсэн эргүүлэх момент байхгүй үед ДНХ-ийн механик суналтын нотолгоо нь ихэвчлэн S-хэлбэр гэж нэрлэгддэг цаашдын бүтцийг бий болгох шилжилт эсвэл шилжилтийг зааж өгдөг. Компьютерийн симуляцийн олон судалгаа хийгдсэн ч хүч хэрэглэсэн уусмал дахь атомын резонаторын нарийвчлалтай дүрслэлийг гүйцэтгэхэд хүндрэлтэй байгаа тул эдгээр бүтцийг хараахан эцэслэн тодорхойлж чадаагүй байна. Санал болгож буй S-ДНХ-ийн бүтцэд үндсэн хос нугалаа, устөрөгчийн холбоо (GC-ээр баяжуулсан) хадгалагддаг бүтэц орно.
Sigmoid загвар
Суурь хос стекийн завсарлагатай үе үе хугарал нь суурь давхаргын тогтмол байдлыг хадгалж, зохих хэмжээний тэлэлт ялгаруулдаг ердийн бүтэц гэж санал болгосон бөгөөд "Σ-ДНХ" гэсэн нэр томъёог нэвтрүүлсэн. "Сигма" тэмдгийн баруун гар талын гурван цэг нь гурван кластер суурь хосыг сануулдаг мнемоник юм. Σ хэлбэр нь GNC_h-таамаглалаар хувьслын ач холбогдолтой гэж үздэг GNC мотивийн дарааллыг илүүд үздэг нь батлагдсан.
Спираль хайлуулах, халаах, задлах
ДНХ-ийн спираль В хэлбэр нь 10.4-10.5 цохилтоор 360° мушгина. мушгих хэв гажилт байхгүй үед. Гэхдээ олон молекул биологийн процессууд нь мушгирах стрессийг өдөөж болно. Илүүдэл буюу ДНХ-ийн сегментundercoiling нь эерэг ба сөрөг нөхцөл байдлын аль алинд нь дурдсан байдаг. ДНХ in vivo нь ихэвчлэн сөрөг ороомогтой (өөрөөр хэлбэл, эсрэг чиглэлд мушгирсан буржгар үстэй) бөгөөд энэ нь РНХ-ийн транскрипцид маш их шаардлагатай давхар мушгиа тайлахад (хайлалтыг) хөнгөвчилдөг.
Эсийн дотор ихэнх ДНХ топологийн хувьд хязгаарлагдмал байдаг. ДНХ нь ихэвчлэн хаалттай гогцоонд (прокариотуудын плазмид гэх мэт) олддог бөгөөд тэдгээр нь топологийн хувьд хаалттай эсвэл маш урт молекулууд бөгөөд тархалтын коэффициентүүд нь топологийн хувьд хаалттай бүсүүдийг үр дүнтэй үүсгэдэг. ДНХ-ийн шугаман суналт нь мөн ихэвчлэн уураг эсвэл физик бүтэцтэй (мембран гэх мэт) холбоотой байдаг бөгөөд битүү топологийн гогцоо үүсгэдэг.
Хаалттай топологийн муж дахь T параметрийн аливаа өөрчлөлт нь W параметрийн өөрчлөлтөөр тэнцвэртэй байх ёстой ба эсрэгээр. Үүний үр дүнд ДНХ молекулуудын спираль бүтэц өндөр байдаг. 0 үндэстэй энгийн ДНХ молекул нь ангилалдаа дугуй хэлбэртэй байх болно. Хэрэв энэ молекулын мушгиа дараа нь хэт зохицох замаар ихэссэн эсвэл багассан бол үндэс нь зохих ёсоор өөрчлөгдөн молекулыг пленконемик эсвэл торойд хэлбэрийн супер спираль ороомогт оруулна.
ДНХ-ийн давхар спираль хэсгийн төгсгөлүүдийг тойрог үүсгэхээр холбоход утаснууд нь топологийн байдлаар холбогддог. Энэ нь утас тасрахтай холбоогүй аливаа процессоос тусдаа хэлхээг салгах боломжгүй гэсэн үг юм.(жишээлбэл, халаалт). Топологийн холбогдсон ДНХ-ийн хэлхээг тайлах ажлыг топоизомераза гэж нэрлэдэг ферментүүд гүйцэтгэдэг.
