Информације

Broj povezivanja DNK, uvijanje i uvijanje

Broj povezivanja DNK, uvijanje i uvijanje


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Доња слика је преузета из уџбеника молекуларне биологије.

Није ми јасно да се оно што се дешава на два крижна прелаза поклапа са наведеним бројевима.

Постоји ли проблем са овим примером? А ако не, може ли неко објаснити (без употребе Цалугареану -ове теореме, тј. $ Тект {Лк} = тект {Тв}+ тект {Вр} $) зашто је број за повезивање 23 $? Када дам две оријентације и пола збира знакова преласка, не добијам 23 УСД.


Broj povezivanja

U matematici, повезујући број je numerička invarijanta koja opisuje povezivanje dve zatvorene krive u trodimenzionalnom prostoru. Intuitivno, broj povezivanja predstavlja broj puta kada se svaka kriva vijuga oko druge. Broj povezivanja je uvek ceo broj, ali može biti pozitivan ili negativan u zavisnosti od orijentacije dve krive. (Ово не важи за криве у већини троструких многострукости, где повезујући бројеви такође могу бити разломци или једноставно уопште не постоје.)

Гаусс је увео број за повезивање у облику повезивање интеграл. Važan je predmet proučavanja u teoriji čvorova, algebarskoj topologiji i diferencijalnoj geometriji, i ima brojne primene u matematici i nauci, uključujući kvantnu mehaniku, elektromagnetizam i proučavanje supernamotavanja DNK.


Прорачун увијања и завоја за репрезентативне моделе ДНК ☆

Геометријске величине се увијају (Тв) и грче се (Вр) од примарног су значаја за потпуни опис структуре ДНК. U slučaju zatvorene kružne DNK, zbir od Tw и Wr је константан и једнак везном броју, Lk. U ovom radu predstavljamo opštu metodu za proračun uvijanja u smislu para krivih i korespondentne površine koja ih spaja. Увијање било ког пара кривина (Ц.1 и Ц.2) mogu poprimiti različite vrednosti u zavisnosti od redosleda i uopšte Тв (Ц.1, C2) није једнако са Тв (Ц.2, C1). Описали смо четири модела за представљање структуре ДНК и израчунали извртање за оба реда у сваком случају. Четири испитана модела су: И, правилна спирала око линеарне осе ИИ, тороидна спирала око затворене кружне осе ИИИ, суперхеликс око правилне спиралне осе и ИВ, суперхеликс око затворене тороидалне спирале. U slučajevima II i IV ovi rezultati se takođe koriste za izračunavanje Lk и Wr. Случај ИИИ се користи за анализу намотавања ДНК у нуклеозому.


Парадокс повезивања бројева нуклеосома

Парадокс је изазван структуром нуклеосома. Kao što je pomenuto, DNK u eukariotskim ćelijama je omotana oko nukleozoma. ДНК у Б конформацији омотава се око 1,8 пута око језгра које се састоји од парова четири хистона, Х2А, Х2Б, Х3 и Х4. У


у присуству хистона Х1, омотач се продужава на отприлике два потпуна окрета. Овај хистон служи и за довршавање омотавања, као и за повезивање са једног нуклеозома на други. Površno gledano,

чини се да омотана структура нуклеосома поседује два суперхеликална завоја, па ипак, када се протеин уклони, откривено је да ДНК поседује само око један суперхеликалан завој за сваки нуклеосом који је садржао.

Једно објашњење парадокса могло би бити да пут ДНК између нуклеосома негира део набора који настаје омотавањем. Пошто електронска микроскопија сугерише да је веза са једног нуклеозома на следећи правилна, изгледа да лукава топологија која повезује нуклеосоме није објашњење.

Drugo objašnjenje paradoksa je da dok je DNK omotana na nukleozomu, ona je premotana. Nakon uklanjanja nukleozoma, namotavanje DNK se vraća u normalu, smanjujući uvijanje DNK, tako da se uvijanje ili negativna supernamotavanje smanjuje u veličini sa prosečnih dva po nukleozomu na prosečno jedan negativan superhelikalni obrt po nukleozomu. Broj povezivanja, uvijanje i uvijanje mogu biti sledeći dok je DNK omotana na jednom nukleosomu, Lk = 20, Тв = 22, Вр = -2, а након уклањања из нуклеосома, иста ДНК би могла имати следеће вредности, Lk = 20, Тв = 21, Вр =-1. Dokazi, u stvari, sugerišu da je ovo deo objašnjenja.

Analiza sekvenci DNK pronađenih na nukleozomima ukazuje na to da krivine koje uvode nizovi A, kao što je ranije opisano, imaju tendenciju da leže sa manjim žlebovima takvih nizova u kontaktu sa nukleozomima. Tako se čini da se nukleozomi vezuju za DNK za regione koji su već delimično savijeni. Analiza lokacija ovih nizova A pokazuje da su oni razmaknuti u proseku 10,17 parova baza, a ne 10,5 parova baza. Ово онда делимично, али не у потпуности, објашњава парадокс повезујућег броја. Када се ова премоштена ДНК врати у своје природно увијање од 10,5 парова база по завоју, део супермотације се елиминише. Иако се тиме смањује разлика у супермотању, поставља се ново питање о узроку премошћивања ДНК.


Апстрактан

Студија крио-електронске микроскопије супер намотаних молекула ДНК слободно суспендованих у крио-витрификованом пуферу комбинована је са Монте Царло симулацијама и гел електрофоретском анализом како би се испитала улога међусегментарног електростатичког одбијања у одређивању облика супер намотаних молекула ДНК. Ovde je pokazano da smanjenje odbijanja DNK-DNK povećanjem koncentracije kontrajona uzrokuje da se veći deo deficita broja povezivanja podeli na uvijanje. Када контрајони достигну концентрације које ће вероватно бити присутне испод ин виво uslovima, prirodno supernamotani plazmidi usvajaju čvrsto umotanu konformaciju. U ovim čvrsto namotanim molekulima DNK, suprotstavljeni segmenti međusobno umotane superheliksa izgleda da direktno dodiruju jedni druge. Ovaj oblik supersmotanja, gde dve spirale DNK međusobno deluju bočno, može predstavljati važno funkcionalno stanje DNK.

U konkretnom slučaju superzamotanih minih krugova (178 bp) ΔLk = -2 топоизомера пролазе кроз оштар структурни прелаз са готово равних кругова у пуферима са мало соли до снажно искривљених "осмица" конформација у пуферима који садрже неутралне концентрације контрајона. Расправљају се о могућим импликацијама ове уочене структурне транзиције у ДНК.


Број који повезује ДНК, увртање и завијање - Биологија

BCH5425 Molekularna biologija i biotehnologija
У пролеће 1998
Др Мицхаел Блабер
блабер@сб.фсу.еду

ДНК супермотај, наставак, топоизомеразе

Мали кружно затворен геном

Геном Симиан Вирус 40 (СВ40) је кружни, затворени, дволанчани ДНК геном. За потребе ове расправе, она има 5300 основа. Очекујемо да ће под физиолошким условима ДНК показивати 10,6 парова база по окрету (тј. Један Твист = 10,6 бп/окрет). У овом случају, без писања, број за повезивање би био:

Везни број = 5300 бп/(10,6 бп/окрет) + 0

Везни број = 500 завоја

тј. очекивали бисмо 500 360 ° окрета ДНК ланаца по дужини кружног генома.

  • Овај облик (са 10,6 парова база по потезу) без писања представља "стандардни" или неискривљени спиралу ДНК.
  • Ово је такође познато као "опуштени" облик ДНК, а дуплекс би се физички могао поставити равно на површину јер му није потребно писање да би се постигла жељена вредност од 10,6 основних парова по увијању:

Међутим, када је репликација СВ40 иницијално завршена, примећено је да у ДНК остаје отворен дуплексни регион:

Резултат је да постоји око 475 завоја спирале унутар дуплексне ДНК (тј. Везни број = 475).

  • Речено је да је ДНК подврнута.
  • Otvoreni prostor je energetski nepovoljan.
  • Kovalentno zatvoreni molekul ne može da se prilagodi za ovo povećanjem broja povezivanja. То јест, не може спонтано прекинути један или оба низа дуплекса, увести још 25 завоја у дуплекс (повећати број повезивања за 25) и поново подвезати дуплекс.

ДНК има три избора:

  1. Може подесити број основних парова по окрету у целом молекулу са жељених 10,6 бп/окрет на 11,2 бп/окрет (тј. 5300 бп/475 окрета). (НАПОМЕНА: повећање броја основних парова по завоју ће смањити вредност увртања. ДНК има већи број основних парова по окрету).
  2. ДНК може да се намота у топологију "супер завојнице" и задржи жељену вредност увијања (10.6) са датим везним бројем (475 у овом случају).
  3. Дуплекс може постојати са заокретом од 10,6 бп/окрет за већи део структуре, а затим имати регион са нултим увијањем (не нужно истопљени дуплекс). Ovo je prilično nepovoljno zbog geometrije koja se zahteva za uglove veze.

Dakle, za 5300 bp SV40 genoma, sa brojem povezivanja od 475, da bi se održala vrednost od 10,6 bp/twist, potrebno je ukupno 25 negativnih superzavojnica (Writhe= 25):

  • To jest, 25 negativnih supernamotaja (dvadeset pet okreta od 180° DNK dupleksa, desnom rukom dok gledate niz superzavojnicu).

Ензими који контролишу топологију ДНК критични су за репликацију и транскрипцију ДНК.

  • Kako se viljuška za replikaciju otvara, oblast dupleksa ispred viljuške postaje premotana - tj. ima manje parova baza po okretu.
  • Broj povezivanja se nije promenio, ali je dužina DNK koja sadrži sve zavoje efektivno kraća.
  • Da bi održao 10,6 bp/okret u tom regionu, DNK će usvojiti pozitivne superzavojnice.

На пример, током раних фаза репликације СВ40, дуплекс око извора репликације може у почетку да отопи (отвори) регион од 750 база. Пошто је број везе (500) непромењен, он се ефикасно дистрибуира само на:

Под претпоставком да није уведено супер намотавање:

500 = 4550 baznih parova / (X baznih parova/uvijanje) + 0

Према томе, ако се не уведе супер намотавање, ДНК мора усвојити конформацију од 9,01 база парова/увијање спирале унутар региона испред вилице за репликацију.

  • Ovo je energetski nepovoljno, a jedna od opcija za DNK je da usvoji supernamotanu konfiguraciju da bi se postigao 10,6 bp/twist:
  • Dakle, kretanje rastuće viljuške uzrokuje da DNK usvoji pozitivne superzavojnice.
  • У овом случају, ДНК је усвојила 70,8 леворуких супер колутова (по 180 ° сваки).
  • Твист (= основни парови * [твист/басепаир]) и Врите су оба стварна броја.
  • Топоизомеразе типа И пресецају један ланац ДНК (тј. "Пробијају" дуплекс ДНК).
  • 5 'фосфат издубљене нити је ковалентно везан за тирозин у протеину.
  • Kraj 3' nicka tada prolazi jednom kroz dupleks.
  • Надимак се затим поново затвара, а број везе се мења за вредност +1.
  • Ово стога може довести до уклањања једне негативне супер завојнице.

У Е. цоли, топоизомераза типа И може ослободити само негативно суперкокулирану ДНК (негативно суперколуловање је крајњи резултат ново реплицираног генома ДНК). Код еукариота, топоизомераза типа И такође може ослободити позитивно суперкокуловану ДНК.


Унутарћелијски нуклеозоми ограничавају ДНК везу бројчане разлике од -1,26 која помирује Лк парадокс

Међусобно деловање структуре хроматина и ДНК топологије је основни, али недостижан регулатор активности генома. Парадигматски случај је "парадокс повезујућег броја" нуклеосомске ДНК, који се односи на неподударност између два лева суперхеликална завоја ДНК око хистонског октамера и разлике у броју повезивања ДНК (∆Лк) стабилизована појединачним нуклеосомима, који експериментално је процењено на око -1,0. Овде анализирамо ДНК топологију библиотеке мононуклеосома уметнутих у мале кружне минихромозоме да бисмо одредили просечан ∆Лк ограничен појединачним нуклеосомима ин виво. Наши резултати показују да се већина нуклеосома стабилизује око -1,26 јединица ∆Лк. Ова вредност уравнотежује увијање (∆Тв ≈ + 0,2) и искривљење (∆Вр ≈ -1,5) деформације нуклеосомске ДНК у смислу једначине ∆Лк = ∆Тв + ∆Вр. Наш налаз помирује постојећи несклад између теоретског и посматраног мерења ΔЛк ограниченог нуклеосомима.

Изјава о сукобу интереса

Аутори не изјављују супротстављене интересе.

Фигуре

Struktura i broj povezivanja DNK…

Razlika u strukturi i broju veza DNK u minihromozomu YCp1.3 kvasca. а Šema…

Konstrukcija i struktura minihromozoma…

Конструкција и структура минихромосома који садрже мононуклеосомалну библиотеку. а Оквир…

Lk добитак који производи библиотека мононуклеосома. а DNK topologija pet…


Повезујући број

Колико пута се два ланца затвореног кружног, двоструко спиралног молекула укрштају. Број увијања (Т) опуштене затворене кружне ДНК је укупан број парова база у молекулу подељен са бројем парова база по завоју спирале. За опуштену ДНК у нормалном облику Б, Л је број парова база у молекулу подељен са 10. Извијајући број (В) је број пута када се осу молекула ДНК пређе супермотањем. Везни број (Л) је одређен формулом: Л = В + Т. За опуштени молекул, В = 0 и Л = Т. Везни број затвореног молекула ДНК не може се променити осим разбијањем и поновним спајањем нити . Korisnost broja povezivanja je u tome što je povezan sa stvarnim enzimskim lomljenjem i događajima ponovnog spajanja pomoću kojih se prave promene u topologiji DNK. Све промене броја повезивања морају бити цели цели бројеви. Molekuli DNK koji su identični osim po broju povezivanja nazivaju se topološki izomeri.


МАТЕРИЈАЛИ И МЕТОДЕ

Прорачуни су изведени на 404 језгру суперкомпјутерског кластера Оптерон Миринет у Леедсу и УК Грид Сервице (НГС). Све МД симулације су користиле пакет програма АМБЕР 8 (19), а програм ЦУРВЕС 5.1 за анализу спиралних параметара ДНК (20). Почетне координате за линеарне ДНК структуре генерисане су коришћењем модула НУЦГЕН у АМБЕР 8. Кружне конфигурације ДНК са вредностима завојитих увијања које одговарају под/премотавању од -2 до +3 спиралних завоја произведене су из линеарне структуре помоћу кода развијеног у кући (види Допунски подаци). Систем је термизиран и уравнотежен коришћењем стандардног вишестепеног протокола (21) како је описано у Табелама 1С и 2С у Додатним подацима. ДНК је описана помоћу поља силе АМБЕР-99 (22). Одабир ових симулација поновљен је за упоређивање поља сила ПАРМБСЦ0 (23), резултати који користе два поља сила се добро слажу (како је описано у Додатним подацима на слици 1С). Алгоритам СХАКЕ је коришћен за ограничавање веза са водоником омогућавајући временски корак интеграције од 2фс током МД извођења. Све симулације су изведене при константној температури (300 К) и притиску (1 атм). U eksplicitno solvatovanim serijama, DNK je bila okružena sa dovoljno K+ protivjona da neutrališe sistem i periodičnom kutijom molekula rastvarača TIP3P koji se protezao 15 Å izvan granica rastvorene supstance u svakoj dimenziji. За израчунавање електростатичких интеракција великог домета коришћена је Евалдова метода брзих честица (имплементирана у оквиру ПМЕМД модула АМБЕР 8). U implicitno solvatovanim simulacijama, korišćena je generalizovana metoda Born/površine (GB/SA) koristeći Tsui i Case parametre (24) sa graničnom vrednostom od 50 Å. GB/SA model nudi jednostavnu i pogodnu metodu za istraživanje većih nanokrugova DNK kao funkcije koncentracije soli. Kako aproksimacije u modelu postaju nepouzdane pri veoma visokim količinama soli, koncentracije korišćene u studiji daju samo polu-kvantitativnu procenu elektrostatičkog skrininga i treba ih tumačiti sa određenim oprezom. Иако је пријављено неколико МД студија ДНК при високим количинама соли користећи експлицитне методе растварача, оне често пате од лоше равнотеже и, по нашем мишљењу, потребан је даљи методолошки развој да би се ове наизглед тачније симулације могле сматрати поузданим. Стога сматрамо да је ГБ/СА методологија разуман компромис између тачности и рачунарских трошкова, упркос упозорењима везаним за услове велике количине соли. Квантитативно поређење између експлицитно и имплицитно модела растварача (удаљености водоничне везе и корелације средњих квадрата из једноличне кружне почетне структуре) је дато као додатни подаци (слике 3С и 5С).


A- Koji su topološki parametri (broj povezivanja, uvijanje i uvijanje) za opušteni, kružni dvolančani DNK plazmid od 4200 parova baza? ЛК =? Тв =? Вр =? Протеин ЦРИСПР-Цас9 прво формира протеин-РНА комплекс са водећом РНК, а затим се везује за ДНК секвенце које одговарају циљној секвенци од 20 база унутар водича. Када се комплекс ЦРИСПР-Цас9 веже за ДНК, он одмотава око 20 парова база двоструке спирале ДНК. Б- Зашто је потребно одмотавање ДНК да би протеин-РНА комплекс ЦРИСПР-Цас9 препознао циљна места? C-Kako bi se topološki parametri (broj povezivanja, uvijanje i navijanje) plazmida od 4200 bp u (A) promenili kada kompleks CRISPR-Cas9 veže DNK i odmota oko 20 bp? Lk=? Tw=? Вр =?

A- Koji su topološki parametri (broj povezivanja, uvijanje i uvijanje)
за опуштени, кружни дволанчани ДНК плазмид од 4.200 базних парова?

Protein CRISPR-Cas9 prvo formira kompleks protein-RNA sa RNK vodičem, a zatim se vezuje za DNK sekvence koje odgovaraju ciljnoj sekvenci od 20 baza unutar vodiča. Када се комплекс ЦРИСПР-Цас9 веже за ДНК, он одмотава око 20 парова база двоструке спирале ДНК.

B- Zašto je potrebno odmotavanje DNK za kompleks CRISPR-Cas9 protein-RNA
препознати циљне локације?

Ц-Како би тополошки параметри (број повезивања, извртање и
writhe) plazmida od 4200 bp u (A) promeni kada kompleks CRISPR-Cas9 veže DNK i odmota oko 20 bp?

Д- Који је повезујући број након што комплекс ЦРИСПР-Цас9 расцепи
ДНК?


Погледајте видео: DNA Topology (Јануар 2023).