Липкие и тупые концы

Концы ДНК относятся к свойствам концов линейных молекул ДНК , которые в молекулярной биологии описываются как «липкие» или «тупые» в зависимости от формы комплементарных цепей на конце. В липких концах одна цепь длиннее другой (обычно как минимум на несколько нуклеотидов), так что более длинная цепь имеет основания, которые остаются неспаренными. В тупых концах обе нити имеют одинаковую длину, то есть они заканчиваются в одном и том же положении основания, не оставляя непарных оснований ни на одной из нитей.

Эта концепция используется в молекулярной биологии , при клонировании или при субклонировании вставки ДНК в векторную ДНК . Такие концы могут образовываться ферментами рестрикции , которые разрывают фосфодиэфирную основу молекулы в определенных местах, которые сами принадлежат к более широкому классу ферментов, называемых экзонуклеазами и эндонуклеазами . Фермент рестрикции, который разрезает основные цепи обеих цепей в несмежных местах, оставляет разрез в шахматном порядке, образуя два перекрывающихся липких конца, в то время как фермент, который делает прямой разрез (в местах прямо напротив друг друга на обеих цепях), создает два тупых конца. . ^{[ 1 ]}

Одноцепочечные молекулы ДНК

Одноцепочечная молекула ДНК некольцевой формы имеет два неидентичных конца: 3'-конец и 5'-конец (обычно произносится как «конец с тремя штрихами» и «конец с пятью штрихами»). Цифры относятся к нумерации атомов углерода в дезоксирибозе , сахаре, составляющем важную часть основной цепи молекулы ДНК. В основной цепи ДНК 5'-углерод одной дезоксирибозы связан с 3'-углеродом другой фосфодиэфирной связью. 5'-углерод этой дезоксирибозы снова связан с 3'-углеродом следующей и так далее.

Вариации двухцепочечных молекул

Когда молекула ДНК двухцепочечная, как это обычно бывает с ДНК, две нити идут в противоположных направлениях. Следовательно, на одном конце молекулы будет 3'-конец цепи 1 и 5'-конец цепи 2, а на другом конце - наоборот. Однако тот факт, что молекула является двухцепочечной, допускает множество различных вариаций.

Тупые концы

Самый простой конец ДНК двухцепочечной молекулы называется тупым концом . Тупые концы также известны как несвязные концы. В молекуле с тупыми концами обе цепи оканчиваются парой оснований . Тупые концы не всегда желательны в биотехнологии, поскольку при использовании ДНК-лигазы для соединения двух молекул в одну выход с тупыми концами значительно ниже. При выполнении субклонирования он также имеет недостаток, заключающийся в потенциальной вставке ДНК-вставки в противоположной желаемой ориентации. С другой стороны, тупые концы всегда совместимы друг с другом. Вот пример небольшого участка ДНК с тупыми концами:

5'-GATCTGACTGATGCGTATGCTAGT-3'
3'-CTAGACTGACTACGCATACGATCA-5'

Свесы и липкие концы

Нетупые концы создаются за счет различных свесов . Выступ – это участок неспаренных нуклеотидов на конце молекулы ДНК. Эти неспаренные нуклеотиды могут находиться в любой цепи, образуя 3'- или 5'-выступы. Эти выступы в большинстве случаев имеют палиндромный характер.

Простейшим случаем выступа является одиночный нуклеотид. Чаще всего это аденин в виде 3'-конца , который создается некоторыми ДНК-полимеразами . Чаще всего это используется при клонировании продуктов ПЦР, созданных таким ферментом. Продукт соединен с линейной молекулой ДНК с 3'- концом тимина . Поскольку аденин и тимин образуют пару оснований , это облегчает соединение двух молекул с помощью лигазы, образуя кольцевую молекулу. Вот пример А-свеса:

5'-ATCTGACTA-3'
3'-TAGACTGA -5'

Более длинные выступы называются связными концами или липкими концами . Чаще всего они создаются эндонуклеазами рестрикции , когда они разрезают ДНК. Очень часто они отсекают две цепи ДНК на четыре пары оснований друг от друга, создавая 3'-конец из четырех оснований в одной молекуле и комплементарный 3'-конец в другой. Эти концы называются когезионными, поскольку они легко соединяются лигазой.

Например, эти два «липких» конца совместимы:

5'-ATCTGACT        GATGCGTATGCT-3'
3'-TAGACTGACTACG        CATACGA-5'

Кроме того, поскольку разные эндонуклеазы рестрикции обычно создают разные выступы, можно создать плазмиду, вырезав кусок ДНК (используя разные ферменты для каждого конца) и затем присоединив его к другой молекуле ДНК с концами, обрезанными теми же ферментами. Поскольку для работы лигазы выступы должны быть дополняющими друг друга, две молекулы могут соединяться только в одной ориентации. Это часто весьма желательно в молекулярной биологии .

Потрепанные концы

Напротив каждой отдельной цепи ДНК мы обычно видим пару аденина с тимином и цитозина пару с гуанином, образующие параллельную комплементарную цепь, как описано ниже. Две нуклеотидные последовательности, соответствующие друг другу таким образом, называются комплементарными:

5'-ATCTGACT-3'
3'-TAGACTGA-5'

Потертый конец относится к участку двухцепочечной (или другой многоцепочечной) молекулы ДНК вблизи конца со значительной долей некомплементарных последовательностей; то есть последовательность, в которой нуклеотиды на соседних цепях не совпадают правильно:

5'-ATCTGACTAGGCA-3'
3'-TAGACTGACTACG-5'

Термин «потертый» используется потому, что неправильно подобранные нуклеотиды имеют тенденцию избегать связей, поэтому кажутся похожими на пряди изношенного куска веревки.

Хотя некомплементарные последовательности также возможны в середине двухцепочечной ДНК, несовпадающие области вдали от концов не называются «потертыми».

Открытие

Рональд Дэвис первым обнаружил липкие концы как продукт действия EcoRI рестрикции , эндонуклеазы . ^{[ 2 ]}

Сила

Липкие концевые ссылки отличаются своей устойчивостью. Свободную энергию образования можно измерить для оценки стабильности. Аппроксимации свободной энергии могут быть сделаны для различных последовательностей на основе данных, связанных с кривыми УФ-термической денатурации олигонуклеотидов. ^{[ 3 ]} Кроме того, прогнозы молекулярно-динамического моделирования показывают, что некоторые липкие концевые звенья растягиваются гораздо сильнее, чем другие. ^{[ 4 ]}

Ссылки

Сэмбрук, Джозеф ; Дэвид Рассел (2001). Молекулярное клонирование: Лабораторное руководство. Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор , ISBN 0879695765 .

^ Салливан, Мэри (17 мая 2016 г.). Мяч . Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 9780544819016 . OCLC 949423125 .
^ Домашняя страница Фонда Грубера | Фонд Грубера. Архивировано 11 мая 2012 г. в Wayback Machine.
^ Джон СантаЛюсия младший (1997). «Единый взгляд на термодинамику ближайших соседей полимеров, гантелей и олигонуклеотидов ДНК» . Труды Национальной академии наук США . 95 (4): 1460–1465. дои : 10.1073/pnas.95.4.1460 . ЧВК 19045 . ПМИД 9465037 .
^ Эхсан Бан и Каталин Р. Пику (2014). «Сила липких концевых связей ДНК». Биомакромолекулы . 15 (1): 143–149. дои : 10.1021/bm401425k . ПМИД 24328228 .

[1] Салливан, Мэри (17 мая 2016 г.). Мяч . Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 9780544819016 . OCLC 949423125 .

[2] Домашняя страница Фонда Грубера | Фонд Грубера. Архивировано 11 мая 2012 г. в Wayback Machine.

[3] Джон СантаЛюсия младший (1997). «Единый взгляд на термодинамику ближайших соседей полимеров, гантелей и олигонуклеотидов ДНК» . Труды Национальной академии наук США . 95 (4): 1460–1465. дои : 10.1073/pnas.95.4.1460 . ЧВК 19045 . ПМИД 9465037 .

[4] Эхсан Бан и Каталин Р. Пику (2014). «Сила липких концевых связей ДНК». Биомакромолекулы . 15 (1): 143–149. дои : 10.1021/bm401425k . ПМИД 24328228 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]