А - Уотсону және Крик бойынша: с – дезоксирибоза қалдығы, р - фосфор қышқылы қалдығы; б - ДНК А-формасы; в – ДНК В-формасы

2. ДНК –ның В-, А- және Z- формалары ДНҚ қос спиральдық конфигурациясы сыртқы ортаның ылғалдығы мен иондық күшіне байланысты күшті өзгеріп отырады. Рентгеноструктуралық анализдің көмегімен кемінде ДНҚ-ның 6 формасының кездестіндігі дәлелденген: олар А-, B-, C-, D-, Е- және Z-формалары. Олардың екеуінің конфигурациясының қарапайым түрі б және в суреттерде көрсетілген. А- формада негіздер жұбы молекула осінен периферияға қарай ығысқан, ол олардың мөлшеріне әсер етеді (бір орамның ұзындығы -2,8 нм, онда 10 -ның орнына 11 мононуклеотид орналасқан, нуклеотидтер арасындағы ара қашықтар және т.б. өзгерген. Егер А- және В-формалары оң бағыттағы қос оралым болса, Z-форма (зизагтәріздес) ДНҚ сол бағыттық конфигурация түзеді, онда фосфодиэфирлік қаңқасы зизаг тәрізді молекула осінің бойымен орыналасқан. ДНҚ А- және В-формаларында фосфодиэфирлік қаңқаға параллельді түрде үлкен және кіші ойыстар (бороздки, желобки) орын тебеді, бұл сайттармен гендер экспрессиясын реттейтін белоктар байланысады. Қазіргі уақытта ДНҚ А- және В-формалары тұздар концентрациясы мен гидраттану дәрежесінің өзгеруне байланысты бір-біріне өтеді деген негіз бар. ДНК В-формасы негізінен Уотсон және Крик моделіне сәйкес келеді. Ертінділер немесе белоктардың әсерімен молекулардың бір-біріне айналымында белгілі биологиялық маңыздылығы болады.Транскрипция үдерісінде (ДНҚ молекуласында РНҚ синтезі) ДНҚ-ның А-формасы матрица қызметін атқарса, В-формасы репликация барысында (ДНҚ молекуласында ДНҚ синтезі) матрица қызметін атқарады.

ДНК А-тұқымдасы. Қос орамдық ДНҚ алынғанға дейін созылған және кептірілген ДНҚ талшықтарында ретпен орналасқан құрылымдардың болатындығын Р.Франклин дәлелдеген. Бұл формаға көпке дейін маңыз берілмеді, себебі ол аз ылғалдық жағдайында, яғни физиологиялық күйден тыс жағдайларда пайда болған.

Қанттың С3’-эндоконформациясы фосфат топтарының ара қашықтарының азаюына әкеліп соғады, ол өз кезегінде оралым осінің бойында орналасқан нуклеотидтік жұптардың ара-қашықтықтарын жақындатады (11 нуклеотид қалдығы). Бұл жағдайда А-формада негіздер жұбы оралым осімен шамамен 20^о бұрыш жасап жатады және осы жұптар оралым осінен молекуланың перифериялық шеттеріне ығысқан: ығысу шамасы кейде 0,4 —0,5 нм, жетеді, яғни, оның радиусының жартысына дейін созылады.

 

ДНК А-формасы

 

 

Осы себепті ДНК-ның А-формасы үстіңгі жағынан қарағанда (оралым осімен) түтікке ұқсас. А-ДНҚ –да стэкингілік әсерлесуге әртүрлі тізбектер бойында жатқан негіздер қатысады, яғни дара- және қос тізбектік стэкингілік әсерлесу орын алады. Мұндай жағдайдың орын алатын себебі, негіздер кеңістігінің оралым осіне қарағандағы еңкею бұрышы (оң шама) және оралым осінің айналасымен негіздердің бұрылу бұрышы. В-ДНҚ –да тек бір тізбектік стэкинг.

РНҚ ережеге сәйкес тек бір ғана полинуклеотид тізбегінен құралған, бірақта өз-өзіне шумақталып қысқа аймақтағы қос оралым түзеді. РНҚ тізбектерінің қосарланған аймақтары (100% -тік ылғалдықта) А-формадағы құрылым жағдайында кездеседі (ал мұндай жағдайда әр қашанда ДНҚ В-формада кездеседі). Бұл ашылған жаңалық А-конформацияны биологиялық маңыздылар қатарына жатқызды. Қазіргі уақытта А-ДНК-ның биологиялық ролін дәлелдейтін көп мағұлыматтар алынып отыр.

Қолайсыз жағдайлар туғанда кейбір бактериялар спораларға айналып, олардың көбеюіне қолайлы жағдай туғанға дейін, тіпті үзақ уақыт бойы осы спора күйінде қала береді. Олардың ДНҚ-сы споралық белоктарымен қабталған Дәл осы жағдайда, олардың ДНҚ-сы, белсенді көбейетін бактериялардың В- формаларымен салыстырғанда, ультракүлгін сәулелердің әсеріне 10-есе төзімді. Бактериялардың споралық жағдайында, споралық белоктар бактариялық ДНҚ В-формадан А-формаға айналуға себепші болып ДНҚ-ны қолайсыз жағдайдан қорғап қалады.

Бұл бағытта ДНҚ-РНҚ оралымдық құрылымдар үлкен маңызға ие. Олар ДНҚ қатарларының оған комплементарлы РНҚ қатарларына транскрипциялану кезеңінде түзіледі, осы кезде шамамен 40 н.ж. тұратын РНҚ-полимеразының активті орталық деп аталатын аймағы гибрид болады. ДНҚ-РНҚ гибридтік оралым кері транскриптаза РНҚ-матрицада ДНҚ синтездеген кезде, және сонымен қатар репликация барысында қысқа ДНҚ-праймерлерінің синтезделуі барысында түзіледі. Полинулеотидтік кешеннің екі тізбегі –ДНҚ тізбегі және РНҚ тізбегі құрамында 3’-эндоконформациялық қанты болатын нуклеотидтерден құралған. Гибридтік оралымдардың құрылымы (гетеродуплекстер) бізге біздің көз алдымызға ДНҚ А- формасын елестетеді, бұл жерде ДНҚ В-формасы А-формаға гибрид түзілгенге дейін айналуы міндетті

В-семейство ДНК. ДНҚ-ның В-тұқымдасына жататын ДНҚ құрылымдары кездейсоқ нуклеотидтер қатарларынан құралып В-, С-, D - және басқа да конформациялық күйлерде кездесе алады. ДНҚ құрылымдарына катиондар типі мен концентрациясы, сонымен қатар температура әсер етеді. Осындай әртүрлі формалардың арасында өзара бір –біріне ауысулар болады, ол биологиялық молекулалардың ылғалдылық дәрежесі мен қоршаған ортаның иондық күшіне байланысты. Биологиялық мақсатта ДНҚ-ның А-формасы транскрипцияға қатысып, ақпаратты ДНҚ-дан РНҚ көшірсе, ал ДНК-ның В- формасы репликация процесіне қатысып, генетикалық ақпартты көбейтеді. С-форма ДНҚ хроматиннің молекулалық деңгейінен жоғары құрылымдарында жинақталуын, яғни ақпараттың сақталуын қамтамасыз етеді.

ДНК В-формасы

 

ДНҚ Z-формасы. ДНК Z-формысы деген атау алған сол бағыттағы спираль, құрамында кезектесіп орналасқан dG—dС) полинуклеотидтерден табылған (төменгі иондық күші бар ертінділерде бұл полинуклеотид В-типтегі қос оралым түзеді. (МgCl₂, NaCl) немесе спирт қосқанда оң бағыттағы қос оралым, сол бағыттағы Z-формаға ауысады.

ДНҚ Z-формасы

 

Z-ДНҚ бір ерекшелігі — нуклеотид қалдықтары конформациясының кезектесіп орналасуы: дезоксицитидин стандарттық конформацияда, яғни қант стандарттық С2'-эндо конформацияда, негіз-анти, дезоксигуанозинде қант С3’-эндоконформацияда, негіз син-конформацияда болады. Сол оралым нуклеотидтердің син - және анти -конформацияларының геометриялық орналасуы арқылы қалыптасады

Негіздердің стэкинглік әсері тек осы оралымдарға тән қасиеттермен ерекшеленеді: стэкингілік әсер тек қарама-қарсы тізбектердегі цитозин қалдықтарының арасында болады, ал гуанин қалдықтары бір-бірімен әрекеттеспейді, олар көрші дезоксицитидиндермен байланыс орнатады.

Z-ДНҚ фосфаттары бір-біріне эквивалентті емес, оралымның осіне дейінгі фосфаттың ара-қашықтығы (фосфат радиусы) d(СрG) –де 0,62 нм, және d(GрС) – де 0,76 нм. яғни әртүрлі шамаға өзгеріп отырады; көршіліс қанттар қарама-қарсы бағытқа бұрылған, сол себепті тізбектегі қатарлас фосфорларды бір-біріне жалғайтын түзу сызық зигзаг тәрізді түрге келеді.

Сондықтан оның атауы Z-ДНҚ. ДНҚ В-формасы мен Z-формасы ертіндідегі иондық күш пен фосфодиэфир каркасындағы теріс зарядтарды нейтралдайтын катиондардың концентрациясы өзгергенде бір-біріне ауыса алады. В→Z ауысуы тізбектердің тарқатылуын қажет етпейді. Ол бірнеше жұптардың сутектік байланыстарының үзілуі арқылы басталып, гуанин син -конформацияға «бекіп» сутектік байланыстар қалпына келіп, негіздер уотсон-крик жұптарын қайта құрады. Бір –біріне өту аймағы оралымның бойымен кіші-гірім тұзақ түрінде жылжып отырады.

Эукариоттық ДНҚ dm⁵C-dG) нуклеотидтік қатарларының болуын олардың гендер транскрипциясын реттейтін ролімен байланыстырады. Өз кезегінде, құрамы тек поли(dG-dm⁵C) · поли(dm⁵C-dG тұратын полинуклеотид физиологиялық жағдайда Z-форма түзе алады. ДНҚ Z-формасы жоғары оралым түзу барысында ерекше маңызға ие болады; ДНҚ молекуласының кішкене аймағында В→Z айналуы жоғарғы оралымды ДНҚ топологиясына күшті ықпал етеді (оратылуыкөбейеді Тw) және ол клетканың гендер экспрессиясында пайдалыналады.

Z-ДНҚ антиденешіктің көмегімен политендік хромосоманың дискіаралық аймақтарында Нуклесомдық бөлшектер тек В-формадағы ДНҚ құралған. ДНҚ Z-формаға өтуінде нуклеосоманың құрылысы бұзылады, яғни хромосоманың нуклесомалық құрылымы бұзылады. Мүмкін, ДНҚ Z-формасы небір реттегіштік қызмет атқаруы мүмкін, сонымен бірге В→Z айналуы қайтымды құбылыс. Геном экспрессиясының реттелуі жоғарғы дәрежелегі оралымдану, Z-ДНҚ арнаулы белоктарымен байланысуы, спермидин тәріздес катиондармен байланысуы арқылы және дезоксицитидиннің метилденуі арқылы жүреді.

ДНҚ нативті молекуласын көптеген көздерден, соның ішінде хромосомадан бөліп алу қиын, оның себебі ДНҚ молекуласының ұлпаның нуклеазалық ферменттеріне өте сезімталдығы оны бөлу кезіндегі туындайтын гидродинамикалық бүлінулерге байланысты.

Инактивтік (бұзылмаған) күйде кейбір вирустардың митохондриялардың және хлоропластардың ДНҚ бөлініп алынған. Бұл молекуларды физикалық (кристалография) және физикалық-химиялық тәсілдердің көмегімен ДНҚ қос оралымы кейбір аймақтарда қосымша оратылып супероралымдар немесе ашық сақина формаларын түзген. Сызықты ДНҚ сақиналы ДНҚ түзілуі мүмкін, немесе осындай сақина түрінде табиғатта кездесуі мүмкін. Кейбір вирустарда сызықты және сақиналы формадағы дара тізбекті ДНҚ табылған.

3. Сақиналы және супер оралымды ДНҚ молекулалары. Жануарлар клеткаларының митохондриялары мен бактериялардың сақиналы формадағы ДНҚ молекулалары олардың ашық ұщтарының ковалентті бірігуі арқылы пайда болады. Супер оралымдық (супероратылған) құрылым хромосомадағы өте үлкен ДНҚ молекуларының тығыздалып жинақталуын қамтамасыз етеді; жазылған формадағы ұзындығы 8 см болатын ДНҚ молекуласы, жинақталғаннан кейін ұзындығы 5 нм. болады. негізінен сағат бағытымен және сағат бағытына қарсы оралған ДНҚ қос тізбегі оң және теріс супер оралымдар түзеді. Мұндай супер оралымдарды топоизомераза деп аталатын арнайы ферменттер түзеді. Осындай супер оралымдар ойыстарда орналасқан белоктармен (гистондармен) байланысады, ол ДНҚ үшінші реттік құрылымын берік етеді. ДНҚ молекуласының супер оралымдық дәрежесін белгілі жағдайлардағы седиментация жағдайының өзгеруі арқылы анықтайды. ДНҚ супер оралым түзілісі қос тізбектің бір немесе екі тізбегінің ДНҚ-азаның әсер етуі немесе интеркалирируші ертіндімен өңдегенде бұзылады. Интеркалияция деп ДНҚ азот негіздері жұптарының арасына жалпақ ароматттық сақиналардың кіріп орналасуы. Интеркаляцияны антибиотиктер мен бояғыш заттардың көмегімен іске асыруға болады; тірі (өзгеріске түспеген) клеткаларда аминқышқылдардың ароматтық сақиналарының көмегімен іске асырады; ол белгілі биологиялық белок-нуклеиндік танымның маңыздылығын арттырады.