Struktura DNA od A do Z - biologiczne implikacje różnorodności strukturalnej DNA

STRESZCZENIE

K

was deoksyrybonukleinowy jest biopolimerem zbudowanym z czterech nukleotydów, najczęściej występującym w dwuniciowej postaci helikalnej. Jego struktura oparta jest na oddziaływaniach pomiędzy komplementarnymi zasadami. Najtrwalsza i dominująca ('« vno jest prawoskrętna struktura B-DNA, jednak w określonych warunkach dwunicio-wy DNA może przybierać różne inne formy zarówno prawo- jak i lewoskrętne (A-DNA, Z-DNA, P-DNA). Występowanie in vivo DNA w postaci struktur wieloniciowych (trypleks, tetrapleks) i wyjaśnienie funkcji biologicznych takich form są przedmiotem intensywnych badań.

WPROWADZENIE

Upłynęło pół wieku od chwili zaproponowania przez Watsona i Cricka struk­tury podwójnej helisy DNA [i]. W konkluzji pracy opisującej model podwójnej helisy Watson i Crick napisali: „nie uszło naszej uwadze, że zaproponowane przez nas specyficzne parowanie (zasad nukleinowych) sugeruje możliwy mechanizm kopiowania informacji genetycznej" (Naturę 1953). Dziś nie sposób przecenić znaczenia tego odkrycia i można uznać, że jego wielkim ukoronowaniem było zsekwencjono-wanie genomu człowieka w roku 2002 [2].

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie różnorodnych struktur, jakie mogą tworzyć łańcuchy DNA w warunkach in vitro i in vivo, w zależności od sekwencji oraz od właściwości środowiska takich jak pH i siła jonowa roztworu, obecność jonów metali, obecność innych małych cząsteczek organicznych oraz oddziały­wania z innymi biomolekułami oraz pokazanie konsekwencji biologicznych wy­stępowania niektórych spośród tych struktur.

STRUKTURY DWUNICIOWE

STRUKTURY DWUNICIOWE

W zaproponowanym przez Watsona i Cricka w 1953 roku kanonicznym modelu podwójnej helisy (B-DNA) (Ryć. 1), dwa łańcuchy polinukleotydowe oddziałują ze sobą poprzez wiązania wodorowe typu Watsona - Cricka wystę­pujące pomiędzy zasadami tworzą­cymi komplementarne pary (Ryć. 1A). Specyficzność parowania za­sad stanowi podstawę rozpoznania molekularnego w obszarze kwasów nukleinowych. Struktury dwunicio-we są stosunkowo dobrze poznane i literatura na ich temat jest wyczer­pująca [3].

Rycina l B i l C przedstawia formy kanoniczne B-DNA, A-DNA i Z-DNA i pozwala prześledzić najważniejsze różnice pomiędzy tymi strukturami. Dwa helikalne łańcuchy polinukleo­tydowe oplatają wspólną oś i biegną w przeciwnych kierunkach (anty-równolegle: 3'—>5'/5'—»3'). Płaszczy­zny zasad w B-DNA są prostopadłe do osi helisy a płaszczyzny pier-

Rycina 1. (A) Oddziaływania wodorowe Watsona-Cricka ^{Śdeni CukrÓW S}^ "łożone Wokół OSi

i modele kanonicznych form B-DNA i A-DNA oraz Z- helisy i OpłaSZCZają Zasady. Zasady

DNA. (B) widok wzdłuż osi helisy z wyraźnymi rowkami purynOWC i pirymidynOWC Znajdują

dużym IM-major sromie ano), i małym (m-minor gromie- . . r _f

«J. (C) widok z gary, w środku widoczne układające ^sie wewnątrz a grupy fosforanowe

się zasady otoczone szkieletem fosforanowo-cukrowym. i reszty deoksyrybozy na zewnątrz

---