Устаревшие модели структуры ДНК
В дополнение к разнообразию проверенных ДНК -структур , существует ряд предлагаемых моделей ДНК, которые были либо опровергнуты, либо не имеют доказательств.
структура двойной Некоторые из этих структур были предложены в течение 1950 -х годов до того, как была решена спирали , наиболее известной Линусом Полингинг. Неверические или «бок о бок» модели ДНК были предложены в 1970-х годах для решения того, что, по-видимому, в то время, чтобы быть проблемами с топологией круговых ДНК-хромосом во время репликации (впоследствии решается посредством открытия ферментов, которые модифицируют топологию ДНК ) [ 1 ] Они также были отвергнуты из-за накопления экспериментальных данных из рентгеновской кристаллографии , ЯМР раствора и атомной силовой микроскопии (только как ДНК, так и связанных с ДНК-связывающими белками ). Хотя существуют локализованные или временные недуплексные спиральные структуры, [ 2 ] Не-гиллические модели в настоящее время не принимаются основным научным сообществом. [ 3 ] Наконец, существует постоянный набор современных теорий с полосы, предлагая ряд неподдерживаемых моделей.
До структуры Watson -Crick
[ редактировать ]Двойная спираль ДНК была обнаружена в 1953 году [ 4 ] (с более подробной информацией в 1954 году [ 5 ] ) на основе рентгеновских дифракционных изображений ДНК (особенно фото 51 , сделанная Рэймондом Гослингом и Розалиндой Франклин [ 6 ] ) а также базовая химическая и биохимическая информация. [ 7 ] [ 8 ] До этого рентгеновские данные, собранные в 1950-х годах, показали, что ДНК образовала какую-то спираль, но она еще не была обнаружена, какова была точная структура этой спирали. Таким образом, было несколько предложенных структур, которые впоследствии были отменены данными, поддерживающими дуплекс ДНК. Самыми известными из этих ранних моделей были Линус Полинг и Роберт Кори в 1953 году, в которых они предложили тройную спираль с фосфатной основой внутри, и нуклеотидные основания, указывающие наружу. [ 9 ] [ 10 ] В том же году была предложена общая сходная, но детальная структура. [ 11 ] Тем не менее, Уотсон и Крик вскоре определили несколько проблем с этими моделями:
- Негативно заряженные фосфаты вблизи оси отражают друг друга, оставляя вопрос о том, как остается трехцепочечная структура.
- В модели тройной спирали (в частности, модели Полинга и Кори) некоторые расстояния Ван-дер-Ваальс кажутся слишком малыми.
Начальная модель двойной спирали, обнаруженная, теперь называемая B-формой ДНК, безусловно, является наиболее распространенной конформацией в клетках. [ 12 ] Две дополнительные более редкие спиральные конформации, которые также встречаются естественным образом, были идентифицированы в 1970-х годах: ДНК-формы и ДНК Z-формы . [ 13 ]
Невероятные структуры предложения
[ редактировать ]Перед обнаружением топоизомераз
[ редактировать ]Даже после того, как ДНК -дуплексная структура была решена, первоначально был открытым вопросом, необходимы ли дополнительные ДНК -структуры для объяснения ее общей топологии. Первоначально были вопросы о том, как это может повлиять на репликацию ДНК. В 1963 году авторадиографы хромосомы E. coli в продемонстрировали, что это была единственная круговая молекула , которая реплицируется в паре репликационных вилок, которых синтезируются обе новые нити ДНК. [ 15 ] Следовательно, две дочерние хромосомы после репликации будут топологически связаны. Разделение двух связанных дочерних ДНК-цепей во время репликации требовала, чтобы ДНК имела спиральный поворот с чистым нулем, либо для вырезанных, скрещенных, скрещенных, скрещенных и присоединенных прядей. Именно эти очевидные противоречия, которые ранние неверированные модели пытались решить, пока обнаружение топоизомераз в 1970 году не решило проблему. [ 16 ] [ 17 ]
В 1960-х и 1970-х годах предполагалось ряд структур, которые давали бы спиральный поворот в чисто-нулевом по длине ДНК, либо будучи полностью прямым, либо чередующимися правыми и левшами спиральными поворотами. [ 18 ] [ 19 ] Например, в 1969 году была выдвинута гипотеза линейная структура тетрамера, [ 14 ] А в 1976 году структура с чередующимися секциями правой и левой спирали была независимо предложена двумя разными группами. [ 20 ] [ 21 ] Модель чередующихся поворотов была первоначально представлена с спиралью, изменяющейся каждые половину, но позже были предложены более длинные участки каждого спирального направления. [ 22 ] Тем не менее, эти модели страдали от отсутствия экспериментальной поддержки. [ 23 ] При крутящем стрессе структура z-ДНК может образовываться с противоположным поворотом к ДНК-форме B, но это редко в клеточной среде. [ 24 ] Обнаружение топоизомераз и гираз , ферментов, которые могут изменить связывание круговых нуклеиновых кислот и, таким образом, «раскрутить» и «перемотать» реплицирующую бактериальную хромосому, решили топологические возражения к спиральной структуре ДНК-формы B. [ 25 ] Действительно, в отсутствие этих факторов, изменяющих топологию, небольшая круговая вирусная и плазмидная ДНК представляют собой неразделимую поддерживающую структуру, пряди которых топологически блокируются вместе. [ 26 ]
Поэтому предложения не-гиллических ДНК выпадали из основной науки. [ 3 ] [ 16 ]
Подтверждение спиральной структуры
[ редактировать ]Первоначально возникали вопросы о том, были ли решенные структуры ДНК артефактами используемых методов рентгеновской кристаллографии. Однако структура ДНК была впоследствии подтверждена в растворе с помощью гелевых электрофоретических методов [ 27 ] а позже через раствор ЯМР [ 28 ] и AFM [ 29 ] Указывая, что процесс кристаллографии не исказил его. Структура ДНК в комплексе с нуклеосом , геликазами и многими другими белками, связывающими ДНК, также подтвердила его биологическую значимость in vivo . [ 30 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стокс, Т.Д. (1982). «Двойная спираль и искаженная молния - примерная история». Общественные исследования науки . 12 (2): 207–240. doi : 10.1177/030631282012002002 . PMID 11620855 . S2CID 29369576 .
- ^ Синден, Ричард Р. (1994). «Разные альтернативные конформации ДНК». Структура и функция ДНК . Elsevier. С. 259–286. doi : 10.1016/b978-0-08-057173-7.50012-2 . ISBN 9780080571737 .
- ^ Jump up to: а беременный Гаухам, Н. (2004). «Ответ на« разнообразие во вторичной структуре ДНК » ( PDF) . Текущая наука . 86 (10): 1352–1353.
Тем не менее, открытие топоизомераз вышло из «укуса» из топологического возражения против двойной спирали PlectOnaemic. Более позднее решение монокристаллической рентгеновской структуры частицы ядра ядра нуклеосом показало почти 150 пар оснований ДНК (т. Е. Около 15 полных поворотов), со структурой, которая во всех существенных отношениях такая же, как и модель Ватсона-Крика Полем Это нанесло смерть удара по идее, что другие формы ДНК, особенно двойную спиральную ДНК, существуют как что -либо, кроме локальных или временных структур.
- ^ Уотсон, JD ; Крик, Ф. (1953). «Структура дезоксирибозы нуклеиновой кислоты» (PDF) . Природа . 171 (4356): 737–8. Bibcode : 1953natur.171..737W . doi : 10.1038/171737a0 . PMID 13054692 . S2CID 4253007 .
- ^ Crick, F. & Watson, JD (1954). «Комплементарная структура дезоксирибонуклеиновой кислоты» (PDF) . Труды Королевского общества Лондона . 223a (1152): 80–96. Bibcode : 1954rspsa.223 ... 80c . doi : 10.1098/rspa.1954.0101 . S2CID 45478298 .
- ^ «История, стоящая за фотографией 51 | Функция из Королевского колледжа Лондона» . www.kcl.ac.uk. Получено 2023-08-29 .
- ^ Магасаник Б., Вишер Е., Донигер Р., Элсон Д., Чаргафф Е. (1950). «Разделение и оценка рибонуклеотидов в мельчайших количествах» . Дж. Биол. Химический 186 (1): 37–50. doi : 10.1016/s0021-9258 (18) 56284-0 . PMID 14778802 .
- ^ Chargaff E (1950). «Химическая специфичность нуклеиновых кислот и механизм их ферментативной деградации». Экспериментация . 6 (6): 201–209. doi : 10.1007/bf02173653 . PMID 15421335 . S2CID 2522535 .
- ^ Полинг Л, Кори Р.Б. (февраль 1953 г.). «Предложенная структура для нуклеиновых кислот» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 39 (2): 84–97. Bibcode : 1953pnas ... 39 ... 84p . doi : 10.1073/pnas.39.2.84 . PMC 1063734 . PMID 16578429 .
- ^ Полинг Л, Кори Р.Б. (февраль 1953 г.). «Структура нуклеиновых кислот» . Природа . 171 (4347): 346. Bibcode : 1953nater.171..346p . doi : 10.1038/171346a0 . PMID 13036888 . S2CID 4151877 .
- ^ Фрейзер Б (1953). «Структура дезоксирибозной нуклеиновой кислоты» . Журнал структурной биологии . 145 (3): 184–5. doi : 10.1016/j.jsb.2004.01.001 . PMID 14997898 .
- ^ Ричмонд Т.Дж., Дэйви К.А. (2003). «Структура ДНК в ядре нуклеосом». Природа . 423 (6936): 145–50. Bibcode : 2003natur.423..145r . doi : 10.1038/nature01595 . PMID 12736678 . S2CID 205209705 .
- ^ Синден, Ричард Р. (1994). Структура и функция ДНК . Сан -Диего: академическая пресса . ISBN 0126457506 Полем OCLC 30109829 .
- ^ Jump up to: а беременный Ву, Тай Те (1969). «Вторичные структуры ДНК» . Труды Национальной академии наук . 63 (2): 400–405. doi : 10.1073/pnas.63.2.400 . ISSN 0027-8424 . PMC 223578 . PMID 5257129 .
- ^ Кэрнс, Дж. (1963). «Бактериальная хромосома и способ ее репликации, как видно по авторадиографии». J. Mol. Биол. 6 (3): 208–13. doi : 10.1016/s0022-2836 (63) 80070-4 . PMID 14017761 .
- ^ Jump up to: а беременный Biegeleisen K (2002). «Топологически не связанная с циркулярной дуплексной ДНК». Бык Математика Биол. 64 (3): 589–609. Citeseerx 10.1.1.573.5418 . doi : 10.1006/bulm.2002.0288 . PMID 12094410 . S2CID 13269612 .
- ^ Ван, JC (2002). «Клеточные роли топоизомераз ДНК: молекулярная перспектива». Природа обзор молекулярной клеточной биологии . 3 (6): 430–440. doi : 10.1038/nrm831 . ISSN 1471-0072 . PMID 12042765 . S2CID 205496065 .
- ^ Jump up to: а беременный Родли Г.А., Скоби Р.С., Бейтс Р.Х., Льюитт Р.М. (1976). «Возможная конформация для двухцепочечных полинуклеотидов» . Прокурор Нат. Академический Наука США 73 (9): 2959–63. Bibcode : 1976pnas ... 73.2959r . doi : 10.1073/pnas.73.9.2959 . PMC 430891 . PMID 1067594 .
- ^ Sasisekharan, V . ; Паттабираман, Н. (1976). «Двойные стандартные полинуклеотиды: две типичные альтернативные конформации для нуклеиновых кислот» (PDF) . Карт Наука 45 : 779–783.
- ^ Sasisekharan, V . ; Паттабираман, Н. (1976). «Полинуклеотиды с двойным покрытием: две типичные альтернативные конформации для нуклеиновых кислот». Текущая наука . 45 : 779–783.
- ^ Sasisekharan, V . ; Pattabiraman, N.; Гупта, Г. (1978). «Некоторые последствия альтернативной структуры для ДНК» . Прокурор Нат. Академический Наука США 75 (9): 4092–6. Bibcode : 1978pnas ... 75.4092S . doi : 10.1073/pnas.75.9.4092 . PMC 336057 . PMID 279899 .
- ^ Родли, Джорджия (1995). «Пересмотр некоторых результатов для линейной и круговой ДНК». Журнал биологических наук . 20 (2): 245–257. doi : 10.1007/bf02703272 . S2CID 40531350 .
- ^ Крик, FH ; Ван, JC ; Бауэр, WR (1979). "Действительно ли ДНК двойной спираль?" (PDF) . J. Mol. Биол. 129 (3): 449–457. doi : 10.1016/0022-2836 (79) 90506-0 . PMID 458852 .
- ^ Рич, Александр; Чжан, Шугуан (2003). «Z-DNA: долгий путь к биологической функции». Nature Reviews Genetics . 4 (7): 566–572. doi : 10.1038/nrg1115 . ISSN 1471-0064 . PMID 12838348 . S2CID 835548 .
- ^ Кестхейи, Андреа; Минчелл, Никола; Бакстер, Джонатан (2016). «Причины и последствия топологического стресса во время репликации ДНК» . Гены . 7 (12): 134. doi : 10.3390/genes7120134 . ISSN 2073-4425 . PMC 5192510 . PMID 28009828 .
- ^ Vinograd J, Lebowitz J, Radloff R, Watson R, Laipis P (1965). «Извращенная круговая форма вирусной ДНК полиомы» . Прокурор Нат. Академический Наука США 53 (5): 1104–11. Bibcode : 1965pnas ... 53.1104V . doi : 10.1073/pnas.53.5.1104 . PMC 301380 . PMID 4287964 .
- ^ Ван, JC (1979). «Спиральный повтор ДНК в растворе» . Труды Национальной академии наук . 76 (1): 200–203. Bibcode : 1979pnas ... 76..200 Вт . doi : 10.1073/pnas.76.1.200 . ISSN 0027-8424 . PMC 382905 . PMID 284332 .
- ^ Ghosh, Anirban; Kar, Rajiv Kumar; Jana, Jagannath; Saha, Abhijit; Jana, Batakrishna; Krishnamoorthy, Janarthanan; Kumar, Dinesh; Ghosh, Surajit; Chatterjee, Subhrangsu (2014). "Indolicidin Targets Duplex DNA: Structural and Mechanistic Insight through a Combination of Spectroscopy and Microscopy". ChemMedChem. 9 (9): 2052–2058. doi:10.1002/cmdc.201402215. hdl:2027.42/108345. ISSN 1860-7179. PMID 25044630. S2CID 33138700.
- ^ Pyne, Alice; Thompson, Ruth; Leung, Carl; Roy, Debdulal; Hoogenboom, Bart W. (2014). "Single-Molecule Reconstruction of Oligonucleotide Secondary Structure by Atomic Force Microscopy" (PDF). Small. 10 (16): 3257–3261. doi:10.1002/smll.201400265. ISSN 1613-6829. PMID 24740866. S2CID 5050707.
- ^ Morgunova, E.; Taipale, J. (2017). "Structural perspective of cooperative transcription factor binding". Current Opinion in Structural Biology. Protein–nucleic acid interactions • Catalysis and regulation. 47: 1–8. doi:10.1016/j.sbi.2017.03.006. ISSN 0959-440X. PMID 28349863.