ДНК: B-A переход
B-A переход - конформационный переход между В- и А-формами ДНК. Он происходит при увеличении концентрации спирта в водно- спиртовых растворах. Этот переход не сопровождается заметным изменением поглощения ДНК, и его удобнее всего регистрировать по изменению спектра кругового дихроизма в ближней ультрафиолетовой области ( Рис. Спектры КД В- и А-форм ДНК ). Переход сравнительно слабо зависит от GC-содержания ДНК, и для его анализа можно использовать простейшую статистикомеханическую модель , в которой все пары оснований считаются эквивалентными в отношении этого перехода. Изменение свободной энергии пары при ее переходе из B - в A -форму вблизи интервала перехода можно представить в виде: ( Ivanov V.I. ea, 1974 )
DF = (RT/Q) * [a0- a] [1],
где через a обозначена концентрация спирта в растворе, a0 - концентрация спирта в середине перехода, 1/Q - коэффициент пропорциональности. Для раствора трифторэтанола, в котором удобнее всего наблюдать переход, величина Q = 20, a0 = 70% ( Ivanov V.I. ea, 1983 ). Параметр Fj для этого перехода равен 1,8 ккал/моль. Типичная кривая В-А перехода для ДНК приведена на Рис. Кривая В-А перехода в ДНК . В рамках описанной здесь модели (см. Статистико-механическое описание конформационного перехода ) ширина этого перехода D a связана простым соотношением с параметрами Q и F ( Ivanov V.I. ea, 1974 ):
D a = 4 Q * exp(- Fj/RT) [2].
В настоящее время нет данных о том, с каким изменением свободной энергии пары связан переход из B- в A-форму в водных растворах. Формальная подстановка в формулу [1] значения a, равного 0, дает величину D F около 0,8 ккал/моль. Однако возможность столь далекой экстраполяции данных, полученных при высокой концентрации спирта, вызывает естественные сомнения.
Влияние сверхспирализации на В-А переход очень мало, хотя этот переход в кольцевой ДНК способен радикально менять торсионное напряжение в молекуле. Для B-A перехода характерно очень малое значение параметра k, т.е. очень малое изменение равновесного кручения спирали в расчете на пару оснований (см. Термодинамический анализ образования неканонических структур ), сопровождающее переход. Вследствие малой величины k выигрыш в энергии сверхспирализации при B-A переходе в кольцевых ДНК в расчете на пару оснований оказывается очень мал при всех разумных напряжениях сверхспирализации . Даже в том случае, если это напряжение соответствует s = -0,1, изменение свободной энергии сверхспирализации D G в расчете на пару оснований составит 0,1RT. Такой малый выигрыш в свободной энергии означает, что сверхспирализация не может оказать сильного влияния на B-A переход. Если переход происходит под влиянием увеличения концентрации спирта в интервале концентраций D a, то сдвиг перехода d a за счет сверхспирализации удовлетворяет условию d a (( D)) a. В то же время сам интервал B-A перехода лежит в области высоких концентраций спирта и, следовательно, сверхспирализация не может сколько-нибудь существенно изменить вероятность B-A перехода в обычном водном растворе.
Теоретический анализ показал, что ширина B-A перехода кольцевой замкнутой ДНК слегка увеличивается по сравнению с шириной перехода линейной ДНК, а кривая перехода незначительно сдвигается ( Рис. B-A переход в кольцевой и линейной ДНК ). Сама форма кривой перехода не зависит от сверхспирализации, а концентрация спирта atr, отвечающая середине перехода, линейно зависит от плотности сверхвитков :
atr = 2AQk*s /RT + const [3],
где Q - коэффициент, характеризующий скорость изменения свободной энергии B-A перехода при изменении концентрации спирта, равный приблизительно 20 ( Ivanov V.I. ea, 1983 ). Оценивая сдвиг кривой B-A перехода при изменении сигма в кольцевых замкнутых ДНК, на основании соотношения [3] можно получить, что точки перехода для двух ДНК с разными значениями сигма будут различаться не более чем на 1% (A = 10RT). Это величина, которую нелегко зарегистрировать на опыте, хотя экспериментальные данные не противоречат этой оценке, наблюдаемые различия в atr для ДНК с различными значениями сигма не превышают 2% по концентрации спирта.
