Конформационные переходы в ДНК
Конформационные переходы - переходы между различными конформационными формами в ДНК. Эти формы отделены друг от друга в конформационном пространстве энергетическими барьерами. В настоящее время известны три регулярные двунитевые формы ДНК: B , A и Z . Кроме того, двойная спираль может быть разрушена, и при этом образуется разупорядоченная форма, называемая расплавленным, или клубкообразным, состоянием. Цепи двойной спирали образуют при этом два клубка из однонитевой ДНК. Некоторые структуры могут быть образованы участками ДНК со специальными последовательностями.
Равновесие между различными формами сдвигается при изменении внешних условий, таких как температура, концентрация различных ионов, pH, полярность растворителя, присутствие в растворе различных лигандов. Особым фактором, который может смещать равновесие между различными формами, является сверхспирализация кольцевых ДНК. Отрицательная сверхспирализация сдвигает равновесие в сторону структур, характеризующихся меньшей, чем B-форма, закруткой нитей ДНК друг относительно друга, т.к. в случае возникновения такой структуры модуль плотности сверхвитков уменьшается.
Наиболее важными особенностями конформационных переходов в ДНК являются: 1) зависимость равновесия между формами от последовательности оснований. Например, в переходе спираль-клубок , происходящем при повышении температуры, клубкообразное состояние в первую очередь реализуется для участков ДНК, содержащих большее количество AT- пар оснований, B-Z переход должен прежде всего происходить в последовательностях d(GC)n и т.д. Принято говорить, что в отношении конформационных переходов ДНК является гетерогенной системой. 2) кооперативность переходов, т.е. то обстоятельство, что в области перехода молекула ДНК разбивается на более или менее протяженные участки, все пары оснований в которых находятся в одной из форм. Кооперативность переходов обусловлена тем, что образование границ между формами связано с увеличением свободной энергии всей молекулы.
Чем выше гетерогенность молекулы ДНК в отношении данного конформационного перехода, тем короче в среднем участки, на которые она разбивается в интервале перехода. Кооперативность оказывает обратное влияние. Чем выше свободная энергия границ между двумя формами ДНК, тем длиннее в среднем эти участки. Баланс между этими двумя факторами определяет реальное разбиение молекулы на участки в интервале перехода.
В кольцевых замкнутых ДНК существует сильное взаимное влияние переходов , которое может приводить к немонотонной зависимости вероятности образования различных структур от плотности сверхвитков.
