معلومة

استقرار الحلزون المزدوج للحمض النووي الذي يمنحه التراص الأساسي


ينص كتابنا المدرسي على أن الأزواج الأساسية تمنح الاستقرار للحلزون المزدوج B-DNA بطريقتين:

1) الرابطة الهيدروجينية بين البيورينات والبيريميدين من الخيوط المعاكسة.

2) "تكديس مستوى زوج أساسي فوق الآخر"

إنها النقطة الثانية التي لا أستطيع فهمها. لقد حاولت البحث عنه على الإنترنت ، لكنني غير قادر على العثور على أي شيء ذي صلة بهذا الصدد.

فهل يمكن لشخص ما أن يحاول شرح تلك النقطة الثانية لي؟


عندما تنظر بعناية إلى بنية لولب الحمض النووي ، ستلاحظ أن القواعد المتتالية تتكون جزئيًا من طبقات ، أي أن إحدى القواعد "فوق" القاعدة الأخرى. التراص هو ظاهرة كيميائية تتفاعل فيها سحابة الإلكترونات في جزيء عطري مع جزيء الآخر. هذا التفاعل غير تساهمي. نظرًا لأن القواعد النووية للحمض النووي عبارة عن جزيئات عطرية ، فإنها تظهر أيضًا تكدسًا يعمل على استقرار بنية الحمض النووي. دراسة أجراها Yakovchuk وآخرون. (2006) يشير إلى أن التراص الأساسي له مساهمة أعلى في استقرار الحمض النووي من الاقتران الأساسي. Sponer في آل. وجد (1997) أنه لا يوجد فرق كبير بين طاقات التراص لأشكال B- و Z- من حلزون الحمض النووي.


باختصار ، بسبب روابط pi في الحلقات العطرية ، تنجذب إلى بعضها البعض عند تكديسها (أو في العديد من التشكيلات الأخرى). ربما يكون الشرح أفضل من خلال صفحة ويكيبيديا ، ولكن هذا ما تبحث عنه:

https://en.wikipedia.org/wiki/Stacking_٪28chemistry٪29

لإلقاء نظرة أكثر تعمقًا ، يمكنك إلقاء نظرة على هذه المقالة على سبيل المثال:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1360284/


استقرار الحلزون المزدوج للحمض النووي الذي يمنحه التراص الأساسي - علم الأحياء

على الرغم من القبول المنتشر على نطاق واسع بأن المحتوى الحراري للتكشف المزدوج للحمض النووي لا يعتمد على درجة الحرارة وهو أكبر بالنسبة للزوج الأساسي CG الذي تحتفظ به ثلاث روابط هيدروجينية مقارنة بزوج القاعدة AT الذي يحتفظ به اثنان فقط من روابط الهيدروجين ، فقد أظهر القياس الحراري المباشر أن تعتمد المساهمات الحرارية والانتروبية لكلا الأزواج القاعدية على درجة الحرارة وفي جميع درجات الحرارة تكون أكبر بالنسبة لزوج القاعدة AT. تنتج المساهمات الحرارية والانتروبية الأكبر للزوج الأساسي AT من الماء الذي يتم تثبيته بواسطة هذا الزوج في الأخدود الصغير للحمض النووي ويتم تحريره عند التفكك المزدوج ، بينما ينتج اعتمادهما على درجة الحرارة عن ترطيب الأسطح القطبية للقواعد التي تصبح مكشوفة عند التفكك المزدوج. يُظهر تحليل الخصائص الديناميكية الحرارية التي تم الحصول عليها لتكشف / إعادة طي ازدواج الحمض النووي للتركيبات المختلفة أن مساهمة المحتوى الحراري في الاقتران الأساسي صغيرة بشكل مهم ، في حين أن الحتمية كبيرة. وبالتالي ، فإن اقتران قاعدة الحمض النووي هو عملية مدفوعة بالانتروبيا ولكنها تترافق مع قواعد التراص التي يحركها المحتوى الحراري. الأخير مسؤول عن حوالي 50٪ من طاقة Gibbs المثبتة على الوجهين وما يقرب من 100٪ من المحتوى الحراري ، أي الحرارة الكلية لذوبان الحمض النووي.

الكلمات الدالة: الحمض النووي ، الاستقرار ، الترابط الهيدروجيني ، التراص الأساسي ، الماء.


قد يؤدي التراص الضعيف للقاعدة في آفات الحمض النووي إلى بدء التعرف على العديد من بروتينات الإصلاح

السؤال الأساسي في إصلاح الحمض النووي هو كيف يتم اكتشاف قاعدة غير متطابقة أو معدلة عندما يتم دمجها في الملايين إلى المليارات من أزواج القواعد العادية. يكشف مسح للأدبيات وقاعدة البيانات الهيكلية عن ميزة مشتركة في جميع مجمعات إصلاح البروتين والحمض النووي: الحلزون المزدوج للحمض النووي غير مستمر في موقع الآفة بسبب عدم تكدس القاعدة و / أو الالتواء و / أو بثق النيوكليوتيدات. تؤدي الآفات إلى زعزعة الاستقرار وتشويه الحمض النووي الخطي القصير ، ومن المفترض أن يؤدي ضعف الحمض النووي الفائق الالتفاف إلى تفاقم الاستقرار المنخفض الناجم عن الآفة. وهكذا تم طرح فرضية مفادها أن التعرف على آفة الحمض النووي يحدث في خطوتين. تتعرف بروتينات الإصلاح في البداية على التراص الأساسي الضعيف ، وبالتالي فهي مفصلة مرنة في آفة الحمض النووي. يمكن أن يؤدي أخذ عينات من المفصلات المرنة بدلاً من جميع أزواج قواعد الحمض النووي إلى تقليل مهمة العثور على الآفة بمقدار 2 إلى 3 درجات من حيث الحجم ، من البحث عن أزواج قواعد الملايين إلى الآلاف. بعد المواجهة الأولية ، يقوم بروتين الإصلاح بفحص الشكل والترابط الهيدروجين والإمكانات الكهروستاتيكية للقواعد الموجودة في المفصلة المرنة وينفصل إذا لم يكن الركيزة الصحيحة. MutS ، التي تحتوي على مجموعة واسعة من الركائز ، تنفصل بنشاط عن الارتباط غير المحدد عبر آلية تدقيق تعتمد على ATP. وبالتالي يمكن أخذ عينات من الآفة المفردة بواسطة بروتينات BER و NER و MMR حتى يتم إصلاحها. يقترح هذا الاقتراح على الفور آلية للتداخل بين مسارات الإصلاح والإشارات المختلفة. كما أنه يثير احتمال أن أخذ عينات من الآفة بواسطة بروتين واحد يمكن أن يسهل تحميل بروتين آخر عن طريق تفاعلات بروتينية مباشرة أو تفاعلات DNA بوساطة.


يجب أن تكون الروابط الهيدروجينية:

كما ترون في صور المرجع أعلاه ، تقوم الروابط بمحاذاة الجزيئات ثم تشكل الهيكل.

في مرجع How Stuff Works الخاص بك تحت روابط هيدروجينية ، يتحدث عن كيفية استقرار الهيكل.

قم بإلقاء نظرة على مناقشة quora والصور التي أظهرت أنه يبدو أنه يظهر بوضوح أن الرابطة الهيدروجينية لها هي الحيلة. يبدو أن الرابطة الكهروستاتيكية ربما تكون إجابة عامة جدًا.

ومع ذلك ، فأنا أتفق مع خبرتك. شكرا على التعليق.

يجب أن تكون الروابط الهيدروجينية:

كما ترون في صور المرجع أعلاه ، تقوم الروابط بمحاذاة الجزيئات ثم تشكل الهيكل.

في مرجع How Stuff Works الخاص بك تحت روابط هيدروجينية ، يتحدث عن كيفية استقرار الهيكل.

شكرا على الرد Jidishrfu و Borek

حسنًا ، لقد مررت بمناقشة quora وما زلت لا أفكر في ترابط Hydrogwn لأنه لا يزال لا يفسر الهيكل الحلزوني المزدوج. أعني أنه يمكن للمرء أن يكون لديه رابطة هيدروجينية بدون أي حلزون مزدوج (على سبيل المثال بنية ثانوية مطوية بيتا من البروتينات)

ثم مرة أخرى لا أستطيع أن أتفق تمامًا مع ذلك لأن الرابطة الهيدروجينية هي nescessaru لقاعدتين نيتروجينية من النيوكليوتيدات لربطهما.

المرفقات

حسنًا ، أنا أتفق مع Jedishfru في أن (D) عامة بعض الشيء وأعتقد أنها ستكون إجابة أكثر تحديدًا

بدلاً من الترابط الهيدروجيني ، يأتي استقرار اللولب المزدوج للحمض النووي بشكل كبير من تفاعلات التراص الأساسية التي تتشكل عندما تتحاذى القواعد المجاورة أثناء تكوين اللولب المزدوج (انظر المراجعة المذكورة أعلاه لمزيد من المناقشة). تم إجراء مجموعة من التجارب الرئيسية التي تختبر هذه الفرضية من قبل مجموعة كول في التسعينيات ، حيث قاموا بتركيب نظائر قاعدة الحمض النووي التي تفتقر إلى القدرة على الترابط الهيدروجيني ، ولكن يمكن أن تشكل أزواجًا قاعدية في الحمض النووي مع انتقائية واستقرار مماثل لقواعد النوكليوزيدات الطبيعية.

فيما يلي ملخص جيد من قسم الاستنتاج للمراجعة المذكورة أعلاه:


الثبات الحراري لشظايا الحمض النووي مع عدم التطابق الترادفي في موقع d (CXYG) .d (CY'X'G).

تم استخدام الرحلان الكهربائي الهلامي المتدرج بدرجة الحرارة (TGGE) لتحديد الثبات الحراري لـ 28 شظية من الحمض النووي ، بطول 373 نقطة أساس ، مع اثنين من أزواج القاعدة المتجاورة غير المتطابقة ، وثمانية الحمض النووي مع أزواج قاعدة Watson-Crick في نفس المواضع. تم تشكيل DNA Heteroduplex الذي يحتوي على اثنين من حالات عدم التطابق المتجاورة عن طريق ذوبان وإعادة ربط أزواج من شظايا الحمض النووي المتماثلة 373 زوجًا أساسًا والتي تختلف بزوجين من القواعد المتجاورة. تم فصل الحمض النووي للمنتج بناءً على ثباتها الحراري بواسطة TGGE المتوازي والعمودي. احتوى جل بولي أكريلاميد على 3.36 م يوريا و 19.2٪ فورماميد لخفض درجات حرارة انصهار الحمض النووي. تم تحديد ترتيب الاستقرار في سياق التسلسل d (CXYG) .d (CY'X'G) حيث يمثل XX 'و YY "أزواج قاعدة Watson-Crick غير المتطابقة. تؤثر هوية القواعد غير المتطابقة وتأثير تفاعلاتها التراصية استقرار الحمض النووي.كانت درجات حرارة الانصهار الانتقالي (T u) للحمض النووي مع عدم التطابق المجاور 1.0-3.6 درجة مئوية (+/- 0.2 درجة مئوية) أقل من الحمض النووي المتماثل مع تسلسل d (CCAG) .d (CTGG). اثنان أزواج GA المجاورة ، d (CGAG) .d (CGAG) ، خلقت DNA أكثر استقرارًا من الحمض النووي مع أزواج Watson-Crick AT في نفس المواقع. يقدر تسلسل d (GA) .d (GA) بـ 0.4 (+ / -30٪) كيلو كالوري / مول أكثر استقرارًا في الطاقة الحرة من أزواج قاعدية d (AA) .d (TT) تؤكد هذه النتيجة الاستقرار غير المعتاد لتسلسل d (GA) .d (GA) الذي لوحظ سابقًا في أوليغومرات الحمض النووي. كانت جميع الحمض النووي الأخرى ذات الأزواج القاعدية المتجاورة غير المتطابقة أقل استقرارًا من الحمض النووي المتماثل للواتسون-كريك. وقد اتبعت ثباتاتها النسبية الترتيب المتوقع من النتائج السابقة على عدم التطابق الفردي. oduplex مع تسلسل الجار الأقرب المتطابق ولكن تسلسل الجار التالي الأقرب كان له فرق صغير ولكن قابل للتكرار في قيمة T u. تشير هذه النتيجة إلى أن تفاعلات تكديس الجار التالي المعتمدة على التسلسل تؤثر على استقرار الحمض النووي.


Anomeric and Enantiomeric 2’-Deoxycytidines: استقرار زوج القاعدة في غياب ووجود أيونات الفضة

تمت دراسة عدم تطابق الحمض النووي Dodecamer على الوجهين الذي يحتوي على شاذة (α / β- d) و enantiomeric (β- l / β- d) 2’-deoxycytidine فيما يتعلق باستقرار زوج القاعدة في غياب ووجود أيونات الفضة. تم تشكيل الازدواج المستقر مع أزواج السيتوزين والسيتوزين بوساطة الفضة بواسطة جميع التوليفات الشاذة والضوئية. لوحظت تغيرات في الاستقرار اعتمادًا على تركيبة عدم التطابق. الأكثر لفتًا للانتباه ، أن الزوج الأساسي الجديد بوساطة الفضة من α- d -dC مع تماثل β- l -dC متفوق على الزوج الملحوظ β- d / β- d -dC من حيث الاستقرار. تم استخدام أطياف الأقراص المضغوطة لمتابعة التغيرات الحلزونية العالمية في بنية الحمض النووي.

تُظهر الدوبلكس Enantiomeric l و d -DNA ذات التسلسل المتطابق خصائص فيزيائية متطابقة في بيئة achiral ، بما في ذلك قابلية الذوبان وخصائص الاقتران الأساسي والاستقرار الحراري والتهجين. 1 ، 2 على عكس d -DNA ، يُظهر L -DNA ثباتًا متزايدًا ضد الإنزيمات المهينة للحمض النووي. 3 وبالتالي ، وجدت التقنيات القائمة على الحمض النووي المتعامد الحيوي تطبيقات جديدة في البحث والعلاج الطبي. 1 ، 4 بشكل محرج ، لا تشكل قليلات النوكليوتيدات مع تكوين β- l شكل مزدوج متغاير متغاير مع قليل النوكليوتيدات في التكوين-د. 5 ومع ذلك ، يتم التسامح مع الدمج الفردي للنيوكليوسيدات في Watson-Crick d -DNA المزدوج بطريقة تحافظ على بنية B-helix الشاملة وانتقائية الاقتران سليمة. 3 ب ، 6 أيضًا ، تم الإبلاغ عن حالات الطباعة على الوجهين التي تحتوي على عدم تطابق-l /-d -dC بوساطة الفضة في المواضع الطرفية أو المركزية 7 (بالنسبة لهياكل السيتيدات الشاذة والتشبيقية الشكل 1). بالنسبة للدنا غير المألوف مع خيط واحد في β- د والآخر في تكوين α- د ، فإن الوضع مختلف. تشكل قليلات النوكليوتيدات الشاذة أزواجًا ثابتة مع أزواج قاعدية من نوع Watson-Crick ولولب مزدوج بتوجيه خيط متوازي. تم تطوير بروتوكولات خاصة لتوليف لبنات بناء نيوكليوسيد ألفا عن طريق بروتوكولات الارتباط بالجليكوزيل النوعية الفراغية أو تشوه النوكليوزيدات β- د. تم تصنيع جميع النيوكليوسيدات الأربعة ألفا د وكذلك اللبنات الأساسية لتخليق الحمض النووي. تم دمج 8 النيوكليوسيدات المعدلة في الحمض النووي غير المتجانسة غير المتجانسة لتثبيت بنية اللولب أو لتغيير نمط التعرف. 9 في وجود أيونات الفضة ، لوحظ اقتران قاعدة الفضة بوساطة α- d -dC مع β- d -dC. 10

أعلى: هياكل شاذة (α / β) و enantiomeric (d / l) 2’-deoxycytidine nucleosides. الجزء السفلي: تمثيل تخطيطي لزوج مزدوج مجدول مضاد للتوازي يحتوي على زوج سيتوزين متغاير بوساطة الفضة β- l / α- d.

في هذا العمل ، تم إنشاء 12-mer مزدوجًا من الحمض النووي مع أزواج السيتوزين الخاطئة عن طريق مجموعات من anomeric و enantiomeric 2’-deoxycytidines (الشكل 1 ، أسفل) وتمت مقارنة استقرارها. عادةً ما يؤدي دمج أزواج القواعد غير الكنسية (الأزواج الخاطئة) في الحمض النووي المتماثل أو غير المتجانسة إلى انخفاض استقرار الازدواج. يعتمد الانخفاض بشدة على الهيكل الخاص للخطأ. يجب أن تؤخذ التفاعلات غير المتوقعة (الترابط الهيدروجيني ، التراص) في الاعتبار لكل خطأ. تصبح هذه الظاهرة أقوى عند إضافة أيونات الفضة وتشكيل أزواج قاعدية بوساطة الفضة.

في وقت سابق ، تم الإبلاغ عن تأثير واستقرار أزواج dC-dC الخاطئة في الحمض النووي المزدوج. 10 ، 11 وقد لوحظ أن دمج الزوج الشاذ بوساطة الفضة β- d / α- d -dC ينتج عنه استقرار مزدوج أعلى من حالة الزوج β- d / β- d -dC. 10 لذلك ، توقعنا أن زوج من anomeric α-dC مع enantiomeric β- l -dC قد يطور قوى ربط غير متوقعة في غياب ووجود أيونات الفضة. تحقيقا لهذه الغاية ، تم تحضير أليغنوكليوتيدات المقابلة. للحصول على التفاصيل التجريبية ، بما في ذلك توليف قليل النوكليوتيد والتحكم في النقاء ، راجع المعلومات الداعمة.

تيم تُستخدم القيم والبيانات الديناميكية الحرارية بشكل شائع لوصف ثبات الحمض النووي. يتم الحصول على هذه البيانات من مقاطع الذوبان وفقًا لتغيرات امتصاص الأشعة فوق البنفسجية باستخدام نموذج الحالتين. يعرض الشكل 2 أ و ب ملامح انصهار تعاونية للنسخ المزدوجة التي تحتوي على β- l / α- d -dC (ODN-6⋅ODN-7) أو β- l / β- d -dC (ODN-6⋅ODN-3) أزواج قاعدية في وجود وغياب أيونات الفضة. في الشكل 2 ج ، تتم مقارنة استقرار جميع مجموعات الأزواج الأساسية β- l -dC مع زوج β- d / β- d -dC في وجود أيونات الفضة.

منحنيات الانصهار بالأشعة فوق البنفسجية للطبقات المزدوجة قليلة النوكليوتيد. أ) ODN-6⋅ODN-7 و ب) ODN-6⋅ODN-3 في وجود تركيزات مختلفة من Ag + (0 ، 1 ، 2 أيونات الفضة / مزدوج). ج) منحنيات انصهار الأشعة فوق البنفسجية لأزواج قليلة النوكليوتيد المزدوجة مع تركيبات قاعدية مختلفة في وجود 1 Ag + -ion / مزدوج. يقاس عند 260 نانومتر بتركيز 5 ميكرومتر + 5 ميكرومتر أحادي الخيط بمعدل تسخين 1.0 درجة مئوية / دقيقة في 100 ملي مولار NaOAc ، 10 ملي مولار (OAc)2، الرقم الهيدروجيني 7.4.

من الشكل 2 أ ، من الواضح أنه في حالة عدم وجود أيونات الفضة ، فإن الطباعة على الوجهين ODN-6⋅ODN-7 التي تحتوي على زوج β- l / α- d -dC أكثر استقرارًا بشكل ملحوظ من ثنائي ODN-6⋅ODN-3 تتألف من زوج من β- l / β- d -dC. علاوة على ذلك ، يكون التثبيت المزدوج عند إضافة أيون الفضة أكثر وضوحًا لتوليفة β- l / α- d -dC مقارنة بزوج β- l / β- d -dC. استقرار دوبلكس ODN-6⋅ODN-7 أعلى من ذلك الخاص بـ ODN-1⋅ODN-3 دمج زوج β- d / β- d -dC (الشكل 2 ج). كان مثل هذا التأثير الإيجابي القوي للزوج β- l / α- d -dC غير متوقع لأن زوج β- l / α- d -dC بوساطة الفضة يتكون من خطأ خطأ يتكون من مزيج فريد من بقايا تيار مستمر غير طبيعي ومتشابهة. على ما يبدو ، يتم استيعاب الزوج β- l / α- d -dC بشكل أفضل في الحلزون المزدوج للحمض النووي مقارنة بالأزواج الخاطئة β- l / β- d -dC و β- d / β- d -dC. مستوحاة من هذه النتائج ، تم توسيع الدراسات لتشمل سلسلة من مجموعات أزواج قاعدية أخرى شاذة و enantiomeric 2’-deoxycytidine. يتم تعيين النتائج فيما يتعلق ببعضها البعض و تيم يتم عرض القيم في الجدول 1.

5’-d (TAG GT ج AAT ACT) (ODN-1) 3’-d (ATC CA جي TTA TGA) (ODN-2)

5’-d (TAG GT ج AAT ACT) (ODN-1) 3’-d (ATC CA ج TTA TGA) (ODN-3)

5’-d (TAG GT α ج AAT ACT) (ODN-4) 3’-d (ATC CA إل ج TTA TGA) (ODN-5)

5’-d (TAG GT إل ج AAT ACT) (ODN-6) 3’-d (ATC CA α ج TTA TGA) (ODN-7)

5’-d (TAG GT ج AAT ACT) (ODN-1) 3’-d (ATC CA α ج TTA TGA) (ODN-7)

5’-d (TAG GT α ج AAT ACT) (ODN-4) 3’-d (ATC CA ج TTA TGA) (ODN-3)

5’-d (TAG GT ج AAT ACT) (ODN-1) 3’-d (ATC CA إل ج TTA TGA) (ODN-5)

5’-d (TAG GT إل ج AAT ACT) (ODN-6) 3’-d (ATC CA ج TTA TGA) (ODN-3)

5’-d (TAG GT إل ج AAT ACT) (ODN-6) 3’-d (ATC CA إل ج TTA TGA) (ODN-5)

5’-d (TAG GT α ج AAT ACT) (ODN-4) 3’-d (ATC CA α ج TTA TGA) (ODN-7)

  • [أ] تم قياسه عند 260 نانومتر بتركيز 5 ميكرومتر + 5 ميكرومتر أحادي الخيط بمعدل تسخين 1.0 درجة مئوية / دقيقة في 100 ملي مولار NaOAc ، 10 ملي مولار مغ (OAc) 2 ، الرقم الهيدروجيني 7.4 في غياب أو وجود فضة واحدة أيون / مزدوج. تم حساب قيم Tm من منحنيات التبريد باستخدام برنامج Meltwin 3.0. [12] Δتيم=تيم بعد إضافة AgNO3تيم قبل إضافة AgNO3. [ب] لا يمكن تحديد قيم Tm الدقيقة حيث لم يتم الحصول على مقاطع ذوبان كاملة في النطاق 15-50 درجة مئوية. αC يتوافق مع α- d -2’-deoxycytidine. LC يتوافق مع β- l -2’-deoxycytidine.

وفقًا للبيانات التي تم الحصول عليها في حالة عدم وجود أيونات الفضة (الجدول 1) ، فإن الأزواج الخاطئة تنقسم إلى مجموعتين وفقًا لاستقرارها (تيم القيم). الازدواجية التي تتضمن مجموعات الأزواج الأساسية β- l / α- d -dC ، β- d / α- d -dC ، β- d / β- d -dC و α- d / α- d -dC show تيم قيم حوالي 26-29 درجة مئوية. في المقابل ، فإن التوليفات β- l /-d -dC و β- l /-l -dC لم توفر ثباتًا مزدوجًا وكانت السلاسل المفردة موجودة في الظروف المحيطة (تيم& lt15 درجة مئوية). في وجود أيونات الفضة ، يتم تشكيل دوبلكس ثابت وهام تيم زيادة (Δتيم 2.5–14 درجة مئوية) لجميع تركيبات الأزواج الأساسية. تكون الازدواجية التي تضم الزوج الأساسي الجديد β- l / α- d -dC مستقرة حتى في حالة عدم وجود أيونات الفضة وتم تثبيتها بقوة بواسطة أيونات الفضة م زيادة 8-11 درجة مئوية). الاخير تيم تكون قيم هذه الأجهزة المزدوجة في نطاق تلك التي تحتوي على تركيبة β- d / α- d -dC.

أبعد من ذلك ، عند إضافة أيون الفضة ، قام زوج β- l /-d -dC بتثبيت وحدة الطباعة على الوجهين بنفس الدرجة (Δتيم= + 14.0 درجة مئوية) كما لوحظ بالنسبة للزوج β- d / α- d -dC وأقوى مثل تركيبة β- d / β- d -dC المشهورة. 10 ، 11 كما لوحظ استقرار مزدوج كبير للجمع بين β- l /-l -dC (+10 ° C) ، بينما بالنسبة للزوج α- d / α- d -dC فقط هامشي تيم زيادة واضحة (+2.5 درجة مئوية). ومن ثم ، فإن التغييرات التكوينية لحالات عدم تطابق السيتوزين الخاصة وقوى الربط لأقرب الجيران (الاقتران الأساسي ، التراص) لها تأثير قوي على استقرار الازدواج.

لمراقبة تأثير تعديل β- l -dC على الهيكل الحلزوني ، تم إجراء قياسات القرص المضغوط للخيوط المفردة والطرق المزدوجة (الشكل 3 أ ، الأشكال S11 و S12 في المعلومات الداعمة). تشكل قياسات القرص المضغوط طريقة قيمة لاكتشاف التغيرات الحلزونية العالمية في هياكل الحمض النووي عند توفر القليل من المواد. للمقارنة ، تم حساب أطياف الإرسال المزدوج من مجموع أطياف حبلا واحدة. شكل طيف القرص المضغوط الخاص بـ ODN أحادي السلسلة-6 (β- l -dC) مطابق تقريبًا لذلك الخاص بالطباعة المزدوجة غير المعدلة ODN-1. لوحظت فقط الاختلافات الهامشية في السعة. وينطبق الشيء نفسه على ODN-7 (α- d -dC) مقارنة بـ ODN-2. عند تكوين الازدواج (مع أو بدون أيونات الفضة) ، يتم ملاحظة الشكل النموذجي لـ B-DNA. سيشار أيضًا إلى التشوه الحلزوني الناتج عن عدم تطابق معين بواسطة منحنيات CD مختلفة تم الحصول عليها للأطياف التجريبية والمحسوبة. ليس هذا هو الحال (الشكلان 3 و S11). وبالتالي ، يبدو أن تركيبات زوج قاعدة dC / dC غير المشوهة / المتجانسة بوساطة الفضة تتلاءم بشكل جيد مع الحلزون المزدوج للحمض النووي دون تغيير هيكلها العالمي.

أ) CD أطياف من خيوط مفردة ODN-6، ODN-7، ODN مزدوج-6⋅ODN-7 (محسوب وتجريبي) و ODN-6⋅ODN-7 بحضور 1 Ag + / على الوجهين. ب) منحنى ذوبان القرص المضغوط لـ ODN-6⋅ODN-7 في وجود 1 Ag + / مزدوج تم الحصول عليه من أطياف CD المعتمدة على درجة الحرارة (داخلي). تم إجراء جميع القياسات في 100 ملي مولار NaOAc ، 10 ملي ملغ (OAc)2 المخزن المؤقت (الرقم الهيدروجيني 7.4) بتركيز 5 ميكرومتر + 5 ميكرومتر أحادي الخيط. كان طول مسار الخلية في الكوفيت 5 ملم. α ج يتوافق مع α- d -2’-deoxycytidine. إل ج يتوافق مع β- l -2’-deoxycytidine.

بعد ذلك ، تم قياس أطياف القرص المضغوط المعتمدة على درجة الحرارة ، ومن التغيرات الطيفية عند طول موجي معين تيم تم تحديد القيم (الشكلان 3 ب و S13). يجب اختيار الطول الموجي لملف انصهار القرص المضغوط بعناية حيث يتم إزاحة الحد الأقصى للقرص المضغوط عند تشكيل مزدوج. من أجل ODN المزدوج6⋅ODN-7 تحتوي على زوج β- l / α- d -dC ، متطابق تقريبًا تيم تم تحديد القيمة (40 درجة مئوية) لتلك التي تم الحصول عليها عن طريق ذوبان الأشعة فوق البنفسجية (39 درجة مئوية) عند 285 نانومتر (الشكل 3 ب). أيضًا ، بالنسبة لمجموعات الأزواج الأساسية الأخرى تيم تتوافق القيم التي تحددها أطياف القرص المضغوط جيدًا مع تلك التي تم الحصول عليها بواسطة أطياف الأشعة فوق البنفسجية (الشكل S13).

يلخص المخطط الشريطي للشكل 4 تيم قيم التوليفات المختلفة لأزواج السيتوزين في وجود وغياب أيونات الفضة. الأكثر لفتًا للانتباه ، وجد أن زوج 2'-deoxycytidine مع بقايا واحدة في α- d والآخر في تكوين β- l شكّل زوجًا أساسيًا بوساطة الفضة تقريبًا مستقرًا مثل تركيبة α- d / β- d -dC . كلاهما متفوق على الزوج ذي التوسط الفضي المشهور في ضوء استقرار الطباعة على الوجهين و تيم يزيد. بشكل ملحوظ ، في حالة عدم وجود أيونات الفضة ، لا تتشكل الدوبلكس المحتملة مع مجموعات الخطأ β- l /-d -dC أو β- l /-l -dC ولا توجد سوى خيوط مفردة في درجة الحرارة المحيطة. ومع ذلك ، عند إضافة أيون الفضة ، تم إجبار خيوط مفردة على تشكيل مزدوج. بالنسبة لجميع تركيبات dC الخاطئة الأخرى ، يتم بالفعل تشكيل الازدواج المستقر في غياب أيونات الفضة ويلاحظ زيادات كبيرة في الثبات في وجود أيونات المعادن. وبالتالي ، فإننا نتوقع أن تكون الدوبلكس منخفضة الذوبان جسورًا فضية فقط وليست روابط هيدروجينية ، في حين أن الدوبلكس مع أعلى تيم تشكل القيم الجسور الفضية بالإضافة إلى الروابط الهيدروجينية. الأزواج الأساسية بمحاذاة قاعدة مختلفة ممكنة كما تمت مناقشته سابقًا. 10

مخطط شريطي يوضح ملف تيم قيم الدنا المزدوجة التي تحتوي على أزواج السيتوزين. تم إجراء ذوبان الأشعة فوق البنفسجية الحراري في غياب (أحمر) ووجود (أزرق) من أيون فضي واحد لكل مزدوج ، وفقًا للجدول 1.

تم توضيح تأثير تعديلات شاذة و enantiomeric 2’-deoxycytidine على البنية العامة للخيوط المفردة والمزدوجة من خلال قياسات القرص المضغوط. بينما يتم إزاحة الحد الأقصى للقرص المضغوط للخيوط المفردة المعينة مع بقايا تيار مستمر شاذ أو متماثل ، تم الحفاظ على الشكل النموذجي لـ B-DNA عند تكوين مزدوج. أكدت أطياف الأقراص المضغوطة المعتمدة على درجة الحرارة على الوجهين وجود تيم القيم التي تم الحصول عليها من مقاطع ذوبان الأشعة فوق البنفسجية.

شكر وتقدير

نشكر Yingying Chai على تخليق وتنقية قليلات النوكليوتيدات التي تضم β- l -dC. نود أن نشكر الدكتور ليتزل ، معهد Organisch-Chemisches ، جامعة مونستر ، ألمانيا ، على قياس أطياف الكتلة. تم تمكين تمويل الوصول المفتوح وتنظيمه بواسطة Projekt DEAL.

تضارب المصالح

الكتاب تعلن أي تضارب في المصالح.

كخدمة لمؤلفينا وقرائنا ، توفر هذه المجلة المعلومات الداعمة المقدمة من المؤلفين. تتم مراجعة هذه المواد من قبل الأقران ويمكن إعادة تنظيمها للتسليم عبر الإنترنت ، ولكن لا يتم تحريرها أو طباعتها. يجب توجيه مشكلات الدعم الفني الناشئة عن المعلومات الداعمة (بخلاف الملفات المفقودة) إلى المؤلفين.

اسم الملف وصف
chem202101253-sup-0001-misc_information.pdf2.6 ميغابايت تكميلي

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.


مراجع

Smith، S. B.، Finzi، L. & amp Bustamante، C. قياسات ميكانيكية مباشرة لمرونة جزيئات الحمض النووي المفردة باستخدام خرز مغناطيسي. العلوم 258 ، 1122-6 (1992).

رودي ، ك وآخرون. طريقة سريعة وعالمية لعزل الحمض النووي PCR الجاهز باستخدام خرز مغناطيسي. التقنيات الحيوية 22 ، 506-11 (1997).

وانج ، إم دي ، يين ، إتش ، لانديك ، آر ، جيليس ، جي آند أمبير بلوك ، إس إم ، تمديد الحمض النووي باستخدام ملاقط بصرية. Biophys J 72، 1335–46، 10.1016 / S0006-3495 (97) 78780-0 (1997).

Bockelmann، U.، Thomen، P.، Essevaz-Roulet، B.، Viasnoff، V. & amp Heslot، F. فك ضغط الحمض النووي باستخدام ملاقط بصرية: حساسية عالية التسلسل وانقلاب القوة. Biophys J 82 ، 1537-1553 ، 10.1016 / S0006-3495 (02) 75506-9 (2002).

Boland، T. & amp Ratner، B. D. القياس المباشر للروابط الهيدروجينية في قواعد نوكليوتيدات الدنا بواسطة الفحص المجهري للقوة الذرية. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة 92 ، 5297-301 (1995).

Lee، G. U.، Chrisey، L.A & amp Colton، R.J. القياس المباشر للقوى بين الخيوط التكميلية للحمض النووي. العلوم 266 ، 771-3 (1994).

Sattin، B. D.، Pelling، A. E. & amp Goh، M.C. تحليل زوج قاعدة الحمض النووي بواسطة التحليل الطيفي لقوة الجزيء المفرد. الأحماض النووية Res 32، 4876–83، 10.1093 / nar / gkh826 (2004).

Strunz، T.، Oroszlan، K.، Schafer، R. & amp Guntherodt، H.J. التحليل الطيفي للقوة الديناميكية لجزيئات الحمض النووي المفردة. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 96 ، 11277–82 (1999).

بوب ، إل إتش وآخرون. انصهار حلزون مزدوج قصير للحمض النووي بفعل القوة. Eur Biophys J 30 ، 53-62 (2001).

Rief، M.، Clausen-Schaumann، H. & amp Gaub، H. E. الميكانيكا المعتمدة على التسلسل لجزيئات الحمض النووي المفردة. نات ستراكت بيول 6 ، 346-9 ، 10.1038 / 7582 (1999).

بوستامانتي ، سي ، سميث ، س. ب ، ليباردت ، جيه ، وأمبير سميث ، د. دراسات الجزيء الأحادي لميكانيكا الحمض النووي. هيكل Opin بالعملة بيول 10 ، 279–85 (2000).

Noy، A.، Vezenov، D.V، Kayyem، J.F، Meade، T.J & amp Lieber، C.M. كيم بيول 4 ، 519-27 (1997).

MacKerell، A. D.، Jr & amp Lee، G.U. هيكل وقوة وطاقة أليغنوكليوتيد DNA مزدوج الشريطة تحت أحمال الشد. Eur Biophys J 28 ، 415-26 (1999).

Perkins ، T. T. ، Smith ، D. E. ، Larson ، R.G & amp Chu ، S. العلوم 268 ، 83-7 (1995).

ماركو ، ج.ف. تويست وأصرخ (واسحب): يقوم مقومو العمود الفقري الجزيئي بفك الحمض النووي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة 94 ، 11770-2 (1997).

Allemand، J.F، Bensimon، D.، Lavery، R. & amp Croquette، V. يشكل الحمض النووي الممتد والملفوف بنية شبيهة ببولينج مع قواعد مكشوفة. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95 ، 14152-7 (1998).

Strick ، ​​T. R. ، Allemand ، J.F ، Bensimon ، D. ، Bensimon ، A. & amp Croquette ، V. مرونة جزيء DNA فائق الالتفاف. العلوم 271 ، 1835–7 (1996).

Essevaz-Roulet، B.، Bockelmann، U. & amp Heslot، F. الفصل الميكانيكي للخيوط التكميلية للحمض النووي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة 94 ، 11935-40 (1997).

Rief، M.، Pascual، J.، Saraste، M. & amp Gaub، H.E. J Mol Biol 286، 553–61، 10.1006 / jmbi.1998.2466 (1999).

Yang، L. et al. استخدام التحليل الطيفي للقوة لتحسين خصائص مسبار دبوس الشعر. الأحماض النووية Res 35، e145، 10.1093 / nar / gkm983 (2007).

Nurmi، J.، Ylikoski، A.، Soukka، T.، Karp، M. & amp Lovgren، T. تقنية تسمية جديدة للكشف عن منتجات محددة من تفاعل البوليميراز المتسلسل في أنبوب مغلق. الأحماض النووية الدقة 28 ، إي 28 (2000).

شوماكوفيتش ، آي وآخرون. الاعتماد على درجة الحرارة لقوى فك الارتباط بين خيوط الدنا التكميلية. بيوفيس جي 82 ، 517-21 ، 10.1016 / S0006-3495 (02) 75416-7 (2002).

Clausen-Schaumann، H.، Rief، M.، Tolksdorf، C. & amp Gaub، H. E. الثبات الميكانيكي لجزيئات DNA المفردة. Biophys J 78 ، 1997-2007 ، 10.1016 / S0006-3495 (00) 76747-6 (2000).

Yakovchuk، P.، Protozanova، E. & amp Frank-Kamenetskii، M.D. إسهامات قاعدة التراص وإقران القاعدة في الاستقرار الحراري للحلزون المزدوج للحمض النووي. الأحماض النووية Res 34 ، 564-574 (2006).

بوسكو ، إيه وآخرون. التهجين في الطبقات الأحادية ذات البنية النانوية التي تم فحصها بواسطة AFM: النظرية مقابل التجربة. مقياس النانو 4 ، 1734–41 ، 10.1039 / c2nr11662f (2012).

هامون ، ل. وآخرون. تصوير فائق الدقة لمجمعات البروتين والحمض النووي المرتبطة بالحمض النووي أحادية السلسلة (SSB). الأحماض النووية Res 35، e58، 10.1093 / nar / gkm147 (2007).

SantaLucia، J. عرض موحد للديناميكا الحرارية القريبة من البوليمر والدمبل وأوليغنوكليوتيد DNA. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 95 ، 1460-1465 (1998).

Tan، Z.J & amp Chen، S. J. استقرار حلزون الحمض النووي: تأثيرات تركيز الملح ، التكافؤ الموجب والحجم وطول السلسلة. Biophys J 90 ، 1175-1190 (2006).

Varnai، P. & amp Timsit، Y. الاستقرار التفاضلي لعمليات انتقال الحمض النووي في المحلول بوساطة الكاتيونات ثنائية التكافؤ. الأحماض النووية الدقة 38 ، 4163-4172 (2010).

Smith، S. B.، Cui، Y. & amp Bustamante، C. Overstretching B-DNA: الاستجابة المرنة لجزيئات DNA الفردية مزدوجة الشريطة وحيدة الجديلة. العلوم 271 ، 795-9 (1996).


الملخص

يعد التراص الأساسي محددًا رئيسيًا لهياكل الحمض النووي ، لكن الأصل الدقيق للقوة الدافعة الديناميكية الحرارية وراء تكديس القواعد النووية يظل مفتوحًا. تُقاس الطاقة الخالية من التراص المعتدلة إلى حد ما بشكل تجريبي ، تقريبًا كيلو كالوري / مول اعتمادًا على هوية القواعد ، فهي مهمة من الناحية الفسيولوجية لأنه بينما يمنح التراص الأساسي الاستقرار للجينوم في شكله اللولبي المزدوج ، يجب أيضًا فك الازدواج من أجل يمكن نسخها أو نسخها. إن تكديس الطاقة الحرة التي تكون إما عالية جدًا أو منخفضة جدًا ستفرط في استقرار الجينوم أو تقلل من استقراره ، مما يؤثر على تخزين المعلومات الجينية واسترجاعها أيضًا. في حين أن الأصل الجزيئي للقوة الدافعة للتكديس يُنسب إلى العديد من المصادر المختلفة بما في ذلك التشتت ، والكهرباء الساكنة ، ورابط الهيدروجين المذيب ، فإننا نوضح هنا من خلال التحلل المنهجي للطاقة الحرة التراصية باستخدام محاكاة الكمبيوتر واسعة النطاق أن القوة الدافعة المهيمنة قاعدة التثبيت التراص هو إنتروبيا مذيب غير كارهة للماء. التصدي لهذا هو عقوبة الانتروبيا التوافقية على العمود الفقري للسكر والفوسفات ضد التراص ، في حين أن ارتباط الهيدروجين المذيب ، وتفاعلات الشحنة - الشحنة ، وقوى التشتت تنتج اضطرابات ثانوية فقط. وبالتالي ، تعمل القوى الحتمية للمذيبات وسلالات تكوين العمود الفقري للحمض النووي ضد بعضها البعض ، مما يؤدي إلى تراص مركب خفيف للغاية للطاقة الحرة بالاتفاق مع التجارب.


طبيعة التراص التفاعلات في عديد النوكليوتيدات. الحالات الجزيئية في أحماض oligo- و polyribocytidylic بتحليل الاسترخاء

مشاهدات المقالات هي مجموع تنزيلات النصوص الكاملة للمقالات المتوافقة مع COUNTER منذ نوفمبر 2008 (بتنسيق PDF و HTML) عبر جميع المؤسسات والأفراد. يتم تحديث هذه المقاييس بانتظام لتعكس الاستخدام حتى الأيام القليلة الماضية.

الاقتباسات هي عدد المقالات الأخرى المقتبسة من هذه المقالة ، ويتم حسابها بواسطة Crossref ويتم تحديثها يوميًا. العثور على مزيد من المعلومات حول عدد الاقتباسات Crossref.

درجة الانتباه Altmetric هي مقياس كمي للانتباه الذي تلقته مقالة بحثية عبر الإنترنت. سيؤدي النقر فوق أيقونة الكعك إلى تحميل صفحة على altmetric.com تحتوي على تفاصيل إضافية حول النتيجة ووجود وسائل التواصل الاجتماعي للمقالة المحددة. اعثر على مزيد من المعلومات حول "نقاط الانتباه البديلة" وكيفية احتساب النتيجة.

ملحوظة: بدلاً من الملخص ، هذه هي الصفحة الأولى للمقالة.


أهم ما يميز الحمض النووي هو أنه يتألف عادة من سلسلتان من عديد النوكليوتيدات الملتوية حول بعضها البعض في شكل الحلزون المزدوج الأيمن. هذه الخيوط هي مكمل لبعضهم البعض.

ومع ذلك ، نظرًا لأن كل خيط يحتوي على مجموعة هيدروكسيل مجانية 5 & # 8242 في أحد طرفيه ومجموعة هيدروكسيل 3 & # 8242 في الطرف الآخر ، فإن كل خيوط لها قطبية أو اتجاهية. قطبية هذين الخيطين من الجزيء الكبير في اتجاهين متعاكسين ، وبالتالي يوصف الحمض النووي بأنه & # 8216ضد الموازية& # 8216 هيكل.

تتكون هياكل الجزيئات الكبيرة هذه من بوليمرات متكررة منتظمة تتكون من النيوكليوتيدات. هذه هي اللبنات الأساسية للأحماض النووية. النيوكليوتيدات مشتقة من النيوكليوسيدات التي تتكون من عنصرين ، سكر بنتوز خماسي ، يُعرف باسم 2 & # 8242-deoxyribose وقاعدة نيتروجينية. يسمى السكر 2 & # 8242-deoxyribose لأنه لا يوجد هيدروكسيل في الموضع 2 & # 8242. (اثنان فقط من الهيدروجين). تم تعيين ذرة الكربون للسكر & # 8216prime & # 8217 (1 & # 8242،2 & # 8242،3 & # 8242 ، & # 82305 & # 8242) لتمييزها عن ذرات الكربون للقواعد النيتروجينية.

يتم استخلاص النوكليوتيدات أو الفوسفات النيوكليوزيد عن طريق ربط الفوسفات بالموضع 5 & # 8242 من نوكليوسيد بواسطة رابطة استريه. يمكن ربط هذه النيكلوتيدات معًا عن طريق تكوين رابطة إستر ثانية عن طريق التفاعل بين مجموعة الفوسفات الطرفية لنيوكليوتيد واحد و 3 & # 8242 هيدروكسيل لآخر ، مما ينتج عنه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 بوند فوديستر بين السكريات المجاورة يمكن تكرار هذه العملية إلى أجل غير مسمى لإعطاء جزيء طويل النوكليوتيد.

تنقسم القواعد في الحمض النووي إلى فئتين البيورينات والبيريميدين. البيورينات هي الأدينين (A) والجوانين (G) والبيريميدينات هي السيتوزين (C) والثايمين (T). تُشتق البيورينات من البنية ذات الحلقات المزدوجة ولكن مع مجموعات مختلفة متصلة. البيريميدين هي هياكل أحادية الحلقات. ترتبط القواعد بـ deoxyribose بواسطة روابط Glucosidic في N1 من بيريميدين أو N9 من البيورينات.

تسلسل القواعد في خيط واحد هو مكمل لذلك في الآخر. دائمًا ما تكون قاعدة البيورين المرتبطة ببقايا السكر على خصلة واحدة الهيدروجين لبقايا السكر على الخصلة الأخرى. يتزاوج الأدينين دائمًا مع الثايمين ، عبر رابطتين هيدروجينيتين ، ويقترن الجوانين دائمًا مع السيتوزين بثلاث روابط هيدروجينية. وهذا ما يسمى بخصوصية الاقتران الأساسي.

توجد هذه القواعد في بديلين الدول الحشو. تكون ذرات النيتروجين المرتبطة بحلقات البيورينات والبيريميدين في شكل أميني في الحالة السائدة ونادرًا ما تفترض التكوين الإيميني. Likewise, the oxygen atoms attached to the guanine and thymine normally have the keto form and only rarely take on the enol configuration.

The high degree of thermodynamic stability of DNA double helices result in part from the large number of hydrogen bonds between base-pairs and in part from the hydrophobic bonding (or “staking force“) between staked base-pairs.

An organic molecule in aqueous solution has all its hydrogen bonding properties satisfied with by water molecules, that comes on and off very rapidly. This means for every hydrogen bond formed requires breaking of H-bond with water molecule that was there before the base pair formed. However, when the polynucleotide chains are seperated, water molecules are lined up on the bases. when strands come together in the double helix, the water molecules are displaced from the bases. This creates disorder and increase entropy, thereby stabilizing the double helix.

DNA double helix is also stabilized by the stacking interactions between the bases. The bases are flat, relatively insoluble molecules, and they stack above each other roughly perpendicular to direction of double helix. Electron cloud interaction (Pi-Pi) between bases in the helical stacks contribute significantly to the stability of the double helix.

Hydrogen bonding is also important for the النوعية of the base pairing. Suppose we tried to pair an Adenine with a Cytosine, then they have a hydrogen acceptor (N3 of cytosine) lying opposite a H-Bond acceptor (N1 of Adenine) with no room to put a water molecule in between to satisfy the two acceptors. And like wise two hydrogen bond donor opposite each other. Thus an A:C base pair is unstable in forming H-Bond.


شاهد الفيديو: اكتشاف التركيب الحلزوني المزدوج للحمض النووي. الأحياء (شهر نوفمبر 2021).