DNA Supercoiling: 7 vollständige schnelle Fakten

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Was ist Supercoiling? | DNA-Supercoiling

Die DNA einer Zelle ist, wie wir alle wissen, sehr kompakt, was auf eine höhere strukturelle Organisation schließen lässt. Der Faltungsmechanismus der DNA verpackt die zelluläre DNA, sodass die Informationen in der DNA zugänglich bleiben.

Wir müssen die Grundstruktur der DNA sorgfältig untersuchen, um die DNA-Replikation und den Transkriptionsprozess besser zu verstehen. Wir benötigen Vorkenntnisse über eine entscheidende Eigenschaft der DNA-Struktur, nämlich Supercoiling.

Supercoiling impliziert das weitere Aufwickeln einer gewickelten Struktur. Angenommen, ein Telefonkabel ist normalerweise ein gewickelter Draht. Der Draht zwischen dem Telefonkörper und dem Hörer enthält häufig mindestens eine Superspule. Die beiden DNA-Stränge wickeln sich umeinander, um die DNA-Doppelhelixstruktur zu erzeugen. Das Coiling in der DNA-Achse verursacht Supercoiling. Supercoiling in der DNA ist größtenteils ein Zeichen für eine zugrunde liegende strukturelle Spannung. Wenn es keine resultierende axiale Krümmung der DNA gibt, wird die DNA im entspannten Zustand betrachtet.

DNA-Supercoiling
Abbildung: DNA-Supercoiling, in der DNA gefundene Supercoiling-Werte. Kurz gesagt, es ähnelt dem Aufwickeln von Telefonkabeln
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epigenetic_mechanisms.png

Wir haben möglicherweise erwartet, dass der Prozess der Verdichtung der DNA ein gewisses Supercoiling beinhaltete. Weniger überraschend ist vielleicht, dass die Replikation und Transkription von DNA zusätzlich einen Einfluss auf das Supercoiling hat und durch dieses beeinflusst wird. Sowohl die Replikation als auch die Transkription erfordern das Ablösen von DNA-Strängen und das helikale Abwickeln der DNA.

  • Dass sich die DNA selbst verdrehen und sich in kompakt gepackter DNA in der Zelle superspiralisieren würde, würde an diesem Punkt sinnvoll und vielleicht sogar unbedeutend erscheinen.
  • Einige zirkuläre DNA-Moleküle bleiben jedoch auch nach ihrer Extraktion und Reinigung außergewöhnlich supercoiled.
  • Dies deutet darauf hin, dass Supercoiling eine intrinsische Eigenschaft der DNA ist. Es passiert in jeder Zell-DNA und wird von jeder Zelle außergewöhnlich reguliert.
  • Verschiedene messbare Eigenschaften von Supercoiling wurden standardisiert, und die Untersuchung von Supercoiling hat zahlreiche ergeben Einblicke in die Struktur der DNA und ihre Funktion.
  • Diese Untersuchung basiert auf den Ideen aus der Topologie und der Untersuchung von Eigenschaften eines Objekts, das sich unter dynamischen Bedingungen nicht ändert.

Bei DNA beinhalten konsistente Deformationen Konformationsänderungen aufgrund von thermischer Bewegung oder Proteinwechselwirkung oder anderen chemischen Mitteln; intermittierende Verformungen umfassen DNA-Strangbrüche. Bei einer zirkulären DNA werden die topologischen Eigenschaften durch strukturelle Veränderungen in den DNA-Strängen nicht beeinflusst, wenn keine Strangbrüche vorhanden sind. Topologische Eigenschaften werden ausschließlich durch das Brechen des Zucker-Phosphat-Rückgrats und das Wiederverbinden eines der DNA-Stränge gestört. Derzeit untersuchen wir die grundlegenden Eigenschaften und physikalischen Grundlagen des Supercoilings.

Die meiste zelluläre DNA ist unterwunden

Um Supercoiling zu erkennen, sollten wir uns zunächst auf die Eigenschaften kleiner zirkulärer DNAs wie kleiner viraler DNAs und Plasmide konzentrieren. Wenn die DNA in keinem Strang Brüche aufweist, wird sie als geschlossene zirkuläre DNA betrachtet. Angenommen, die DNA eines zirkulären DNA-Moleküls richtet sich eng aus, um eine B-Form-Struktur zu bilden, wie von Watson-Crick erwähnt. Der eine B-DNA-Turn besteht aus 10.5 bp; dann wird die DNA relaxiert anstatt supercoiled.

Supercoiling wird beobachtet, wenn DNA einer strukturellen Belastung ausgesetzt wird. Die gereinigte zirkuläre DNA wird unabhängig von ihrer Herkunft sehr selten im entspannten Zustand gefunden. Außerdem weist DNA einen charakteristischen Grad an Supercoiling in Abhängigkeit von ihrer Quelle oder ihrem Ursprung auf. Die DNA-Struktur wird gespannt, so dass sie ein Supercoiling durchlaufen kann. In fast jedem Fall ist die Belastung das Ergebnis einer Unterwindung der ringförmigen doppelhelikalen DNA.

  • Das heißt, und die DNA hat weniger helikale Windungen als die B-DNA-Struktur.
  • Die B-DNA enthält 10.5 Basenpaare (bp) in einer Umdrehung.
  • Ein 84 bp großes Fragment einer relaxierten zirkulären DNA hätte also acht helikale Windungen. Oder eine Umdrehung für jeweils 10.5 bp.
  • Wenn eine dieser Windungen entfernt wird, wären (84 bp)/7 = 12.0 bp pro Windung anstelle von 10.5 in der B-DNA zu finden.

Es ist eine Abweichung von der stabilsten Form der DNA-Struktur, und das DNA-Molekül wird entsprechend thermodynamisch gestresst. Normalerweise würde eine Menge Spannung angelegt werden, indem die DNA-Achse auf sich selbst gewickelt wird, um eine Superspirale zu umrahmen, ein Teil der Spannung in diesem 84 bp-Abschnitt würde einfach in der unverdrillten Struktur des größeren DNA-Partikels verstreut.

Auf grundlegender Ebene kann eine Belastung durch Auftrennen der beiden DNA-Stränge über einen Abstand von etwa zehn bp induziert werden.

In zirkulärer DNA wird die durch Unterwindung erzeugte Spannung im Allgemeinen durch Supercoiling anstelle von Strangsegregation aufgebracht. Da das Coiling in der DNA-Achse normalerweise weniger Energie benötigt als das Aufbrechen der Wasserstoffbrücken zwischen komplementären Basenpaaren. 

Wichtiger Hinweis: Ungeachtet dessen, dass die Unterwindung der DNA in vivo es einfacher macht, DNA-Stränge zu trennen und Zugang zu den darin enthaltenen genetischen Informationen zu bieten.

Jede Zelle unterwindet ihre DNA mit Hilfe von enzymatischen Zyklen ständig, und der anschließende angespannte Zustand stellt eine Art gespeicherte Energie dar. Zellen halten die DNA in untergewickelter Form, so dass sie leicht gewickelt werden kann. Die Unterwindung der DNA ist für die DNA von entscheidender Bedeutung metabolisierende Enzyme die eine Strangtrennung als Bestandteil ihrer Funktion benötigen.

Der unterwundene Zustand bleibt als solcher nur bei geschlossener zirkulärer DNA erhalten oder muss mit Proteinen (Histonen) gebunden werden, damit sich die Stränge nicht umeinander wickeln. Wenn ein Strang einer zirkulären DNA bricht, der segregiert und nicht an Protein gebunden ist, führt die freie Bewegung oder Rotation an diesem Punkt dazu, dass die unterwundene DNA sofort in ihren entspannten Zustand zurückkehrt. Bei zirkulärer DNA bestimmt die Anzahl der Helixwindungen den Grad des Supercoilings.

Topological Linking Number definiert DNA Underwinding

Die Topologie gibt verschiedene Gedanken, die für dieses Gespräch hilfreich sind, insbesondere die Idee der Verknüpfung von Nummern. Die Verknüpfungszahl ist eine Eigenschaft, die auf topologischen Eigenschaften der doppelhelikalen DNA basiert, da sie sich nicht ändert, wenn die DNA verformt oder sich biegt, ohne zu brechen. Die Verknüpfungsnummer (Lk) wird in demonstriert.

Wir sollten damit beginnen, uns die Trennung der beiden Stränge einer doppelhelikalen zirkulären DNA vorzustellen. Wenn die beiden Stränge verbunden sind, sind sie durch eine topologische Bindung produktiv verbunden. Ungeachtet aller Basenstapelwechselwirkungen und Wasserstoffbrücken verbindet die topologische Bindung immer noch die beiden Stränge.

Betrachtet man einen Strang einer zirkulären DNA als Oberfläche (zum Beispiel einen Seifenfilm), wird die Verknüpfungszahl als die Anzahl der Oberflächendurchdringungen dargestellt, die durch den zweiten Strang verursacht werden. Bei einer zirkulären DNA ist die Verknüpfungszahl immer ein ganzzahliger Wert.

Herkömmlicherweise ist die Verknüpfungszahl positiv, wenn sich die Stränge der DNA-Doppelhelix in einer rechtsgängigen Helix verwunden. Wenn sich die Stränge der DNA-Doppelhelix zu einer linksgängigen Helix verschränken, fällt die Verknüpfungszahl negativ aus. Die negativen Verknüpfungszahlen werden in der DNA praktisch nicht angetroffen.

Wenn das zirkuläre DNA-Molekül entspannt ist, kann die Verknüpfungszahl leicht durch mehrere Basenpaare im DNA-Molekül pro Basenpaar pro Umdrehung bestimmt werden (~10.5). Für eine zirkuläre DNA mit 2100 bp weist sie eine Verknüpfungszahl von 200 auf.

Die Verknüpfungszahl wird für diejenigen DNA-Moleküle berechnet, die in keinem der DNA-Stränge brechen. Bei Strangbruch existieren keine topologischen Bindungen; daher bleibt die Verknüpfungsnummer undefiniert.

Wir sind nun in der Lage, die DNA-Unterwindung als Ergebnis der Änderung der Verknüpfungszahl darzustellen. Die verbindende Zahl in entspannter DNA, Lk0, wird als Quelle der Perspektive (Referenz) verwendet. Für ein DNA-Molekül mit einer Verknüpfungszahl = 200 (Lk0 = 200), wenn zwei Windungen aus diesem DNA-Molekül herausgenommen oder entfernt werden, Lk = 198. Die Gleichung kann die Veränderung darstellen:

Lk = Lk – Lk0

Lk = 198 – 200 = -2

Es ist viel besser, die Änderung der Verknüpfungszahl als spezifische Verknüpfungsdifferenz (σ) oder Superhelikaldichte (diese Menge hängt nicht von der DNA-Länge) auszudrücken. Die spezifische Verknüpfungszahl ist mathematisch definiert als die Anzahl der entfernten Windungen (Änderung der Verknüpfungszahl), dividiert durch mehrere Windungen, die im entspannten Zustand der DNA vorhanden sind.

= ∆Lk/Lk0

für ein DNA-Molekül mit einer Verknüpfungszahl von 200, wenn zwei Windungen davon entfernt werden, wird die spezifische Verknüpfungsdifferenz

= -2/200 = -0.01 

es zeigt, dass 2 von 200 (1%) der gesamten helikalen Windungen, die im B-DNA-Molekül vorhanden sind, entfernt werden.

Positive Supercoiling | Negatives Supercoiling

Der Grad der Unterwindung der zellulären DNA beträgt im Allgemeinen 5 bis 7 %; das heißt –0.05 bis –0.07. Dieses negative Vorzeichen zeigt an, dass eine Änderung der Verknüpfungszahl zu erwarten ist, dass sie sich unterwindet oder auf eine Unterwindung der DNA zurückzuführen ist. Das durch Unterwinden ausgelöste Supercoiling wird auf diese Weise als negatives Supercoiling bezeichnet. Alternativ kann die DNA unter bestimmten Bedingungen überwunden werden, was zu einem positiven Supercoiling führt.

Wichtiger Hinweis: Die Verdrehung der DNA-Achse durch positives Supercoiling (überwundene DNA) ist das Spiegelbild der Verdrehung der DNA-Achse durch negatives Supercoiling (unterwundene DNA).

Supercoiling ist sicherlich keine willkürliche Wechselwirkung; das Supercoiling wird im Allgemeinen durch die Torsionsspannung gesteuert, die der DNA durch Erhöhen oder Verringern der Verknüpfungszahl der B-DNA verliehen wird. 

Die Verknüpfungszahl ändert sich um eins durch den Bruch eines DNA-Strangs, wobei eines der Enden um 360 . gedreht wirdo über den Strang (ungebrochen) und die Wiedervereinigung der gebrochenen Enden der B-DNA.

Diese Änderung stört die Anzahl der Basenpaare oder Atome in der zirkulären DNA nicht. Zwei Arten von zirkulärer DNA, die sich in einer topologischen Eigenschaft (z. B. Verknüpfungszahl) unterscheiden, werden genannt Topoisomere.

positives und negatives Supercoiling
Abbildung: Darstellung von positivem und negativem Supercoiling in der DNA https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Subhash_nucleoid_06.png

Die Verbindungsnummer kann in zwei Hauptkomponenten unterteilt werden, die als Twist (Tw) und Writhe (Wr) bekannt sind. Diese sind schwieriger darzustellen als die Verknüpfungsnummer. Dennoch kann die Krümmung als ein Akt der Windung der Helixachse betrachtet werden, und die Verdrehung wird als die räumliche Beziehung der benachbarten Basenpaare und die lokale Verdrehung bestimmt. An diesem Punkt führt eine Änderung der Verbindungszahl zu einer Änderung des Dehnungsanteils, der normalerweise durch Krümmung (Supercoiling) und wenige durch Variationen in der Verdrehung ausgeglichen wird, gefolgt von der Gleichung:

Lk = Tw + Wr

Tw und Wr sind nicht unbedingt ganze Zahlen. Writhe und Twist sind geometrische Eigenschaften anstelle von topologischen Eigenschaften, da Verzerrungen sie in der zirkulären DNA verändern können.

Sie verursachen Supercoiling und machen die Strangtrennung viel einfacher. Die Unterwindung der DNA funktioniert in Konjugation mit mehreren anderen strukturellen Veränderungen in der zirkulären DNA. Diese sind von geringerer physiologischer Bedeutung, helfen jedoch, die Auswirkungen der Unterwindung aufzuzeigen.

Eine Kreuzform enthält normalerweise mehrere ungepaarte Basen; Die DNA-Unterwindung hilft dabei, die notwendige Strangtrennung aufrechtzuerhalten. Die rechtshändige doppelhelikale DNA-Unterwindung führt zur Bildung kurzer Flecken von linkshändiger Z-DNA an Stellen mit der konsistenten Nukleotidsequenz mit der Z-DNA.

Topoisomerase | Änderung der Verknüpfungsnummer | Einführung des negativen Supercoilings

DNA-Supercoiling ist ein Prozess, der den DNA-Stoffwechsel beeinflusst. Jede Zelle verfügt über spezifische Enzyme mit der alleinigen Fähigkeit, die DNA-Doppelhelix zu unterdrehen oder potenziell zu entspannen. Die Enzyme, die eine Abnahme oder Zunahme der DNA-Unterwindung verursachen, werden als Topoisomerasen bezeichnet; sie ändern normalerweise die Verknüpfungszahl der DNA, um das Supercoiling aufrechtzuerhalten.

Topoisomerase
Abbildung: Wirkmechanismus und Hemmung der Topoisomerase
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Topoisomerase_DNA.gif#/media/File:Topoisomerase_DNA.gif

Diese Enzyme spielen eine besonders bedeutende Rolle im Prozess der DNA-Verpackung und -Replikation von DNA. Im Großen und Ganzen wird Topoisomerase in zwei Haupttypen eingeteilt:

  • Typ-I-Topoisomerasen brechen einen Strang aus der doppelhelikalen DNA. Es führt den ungebrochenen DNA-Strang durch die Lücke und ligiert das gebrochene Ende; Typ-I-Topoisomerase bewirkt eine Lk-Veränderung um den Faktor 1. 
  • Typ-II-Topoisomerasen brechen beide Stränge der doppelhelikalen DNA-Doppelhelix und ändern Lk um das Inkrement von 2.

Der Einfluss von Topoisomerasen auf die Topologie der DNA kann durch Gelelektrophorese (Agarose) beschrieben werden. Eine Population ähnlicher Plasmid-DNAs mit der gleichen Verknüpfungszahl wandert während der Elektrophorese als diskontinuierliche Bande. Topoisomere, die um einen Lk-Wert von nur 1 variieren, können mit dieser Technik isoliert werden, so dass die durch Topoisomerasen ausgelöste Änderung der Verknüpfungszahl leicht identifiziert werden kann.

E. coli besitzt vier charakteristische individuelle Topoisomerasen (I bis IV). Der Typ I (beinhaltet die Topoisomerasen I und III): 

relaxieren normalerweise die DNA-Doppelhelix, indem negative Supercoils eliminiert werden (und somit der Lk-Wert erhöht wird). Wie bakterielle Typ-I-Topoisomerasen die Verknüpfungszahl erhöhen, wird in erklärt. Eine bakterielle Typ-II-Topoisomerase oder DNA-Gyrase ist in der Lage, negative Supercoils zu induzieren und schließlich den Lk-Wert zu senken.

Es nutzt die Energie von ATP, um dies zu erreichen. Um die Verknüpfungszahl der DNA-Doppelhelix zu ändern, trennen Typ-II-Topoisomerasen die beiden Stränge der DNA-Doppelhelix und ermöglichen später das Überqueren eines anderen Duplex durch den Bruch. Der Grad des Supercoilings von bakterieller DNA steht vollständig unter der Regulierung der Topoisomerasen I und II. Eukaryoten haben zusätzlich Topoisomerasen sowohl vom Typ I als auch vom Typ II.

Die Topoisomerasen I und III gehören zur Klasse der Typ-I-Enzyme; während die Enzyme vom Typ II die Topoisomerasen II-α und II-β umfassen. Die eukaryontischen Typ-II-Topoisomerasen können die DNA nicht unterwinden (negatives Supercoiling induzieren), aber sie können negatives und positives Supercoiling entspannen.

Supercoiling und negative Induktion
Abbildung: Induktion von negativem Supercoiling in DNA https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Subhash_nucleoid_04.png#/media/File:Subhash_nucleoid_04.png

Wir werden einen wahrscheinlichen Beginn negativer Superspulen in Betracht ziehen eukaryotische Zellen in unserem Gespräch über Chromatin in unserer späteren Diskussion.

DNA-Komprimierung erfordert Supercoiling

Supercoiled DNA-Doppelhelix ist in verschiedener Hinsicht einheitlich. Das Supercoiling ist rechtshändig in einem DNA-Molekül, das negativ supercoiling ist, und sie neigen dazu, schmal und ausgedehnt zu sein, anstatt eine kompakte Struktur mit zahlreichen Verzweigungen aufzuweisen. Bei dieser Superhelikaldichte, die typischerweise in Zellen auftritt, macht die Länge der Supercoiling-Achse mit Verzweigungen ungefähr 40% der gesamten DNA-Länge aus.

Diese Art von Supercoiling ist als plektonemisches Supercoiling bekannt (es ist eine Kombination aus den griechischen Wörtern „plektos“ bedeutet „gebogen“ und „nema“ bedeutet „Schnur“).

Dieser Begriff gilt für jedes Design mit regelmäßig verflochtenen Strängen und ist eine anständige Beschreibung der Gesamtstruktur von supercoiled DNA beim Plectonemic Supercoiling. Die im Labor in getrennten DNAs gezeigte Struktur liefert keine ausreichende Verdichtung der gepackten zellulären DNA. Die zweite Art des Supercoilings, bekannt als Solenoid, kann durch eine unterwickelte DNA erzeugt werden.

Solenoid 30 nm Faserstruktur näher und weiter entfernt
Abbildung: Ein Beispiel für Solenoidal Supercoiling in DNA gefunden https://en.wikipedia.org/wiki/File:Solenoid_30_nm_fibre_structure_closer_and_farther_away.png

Im Gegensatz zur plektonemischen Form (gekennzeichnet durch ausgedehntes rechtshändiges Supercoiling) zeichnet sich das elektromagnetische Supercoiling durch enge Linkskurven aus. Unabhängig davon, dass sich ihre Strukturen drastisch voneinander unterscheiden, sind Solenoid und Plektonemisch zwei Arten von negativem Supercoiling, das ein ähnliches Fragment der unterwundenen DNA aufnehmen kann.

Die beiden Strukturen sind häufig ineinander umwandelbar. Die plektonemische Struktur ist jedoch stabiler. Aber die Solenoidstruktur wird oft durch Proteinbindung stabilisiert, die die Struktur des Chromatins ist. Es ergibt eine viel höhere Verdichtung. Beim Solenoidal Supercoiling trägt die Unterwindung zur DNA-Verdichtung bei.

Schlussfolgerungen

In diesem Artikel hatten wir eine eingehende Diskussion über den Mechanismus des Supercoiling von DNA und die Enzyme und Proteine, die am Supercoiling-Prozess beteiligt sind. Wir werden in unseren kommenden Beiträgen weiterhin weitere Aspekte der DNA besprechen. Wissen über die Zusammensetzung der DNA Klicke hier

Fragen und Antworten im Vorstellungsgespräch

Q1 Warum ist positives Supercoiling wichtig?

Antworten: Positive DNA Supercoiling erleichtert das Abwickeln der DNA von den Histonen und verändert die Nukleosomstruktur in vitro; umgekehrt bilden Nukleosomen schnell negative DNA supercoiled. Somit wird davon ausgegangen, dass bei jedem Transkriptionsereignis das positive Supercoiling nach der RNA-Polymerase geschoben wird. Der akkumulierte positive Torsionsstress löst Veränderungen in Nukleosomen aus und schafft Bedingungen, unter denen Polymerase kompetent durch das gesamte nukleosomale Array transkribiert.

Q2 Ist Supercoiling gut oder schlecht?

Antworten: Das Supercoiling der DNA ist wichtig, da DNA ein sehr langes Molekül ist und in eine Zelle mit einem Radius im Mikrometerbereich passen muss. Es erfordert wiederholte Schleifen innerhalb der Wicklungsschleifen, um zu passen, diese Art der Wicklung wird als Supercoiling bezeichnet. Es reguliert auch den Transkriptions- und Replikationsprozess. 

F3 Wie erhöht sich das positive Supercoiling der DNA?

Antworten: Positive Supercoiling der DNA tritt auf, wenn die rechtsgängige Doppelhelix der DNA viel enger gebogen wird (in einem rechtsdrehenden Design verdreht), bis sich die Helix zu verknoten beginnt.

Q4 Negatives Supercoiling bei Bakterien

Antworten: Bakterielle DNA zeigt in Bakterienzellen im Allgemeinen ein negatives Supercoiling, da sie einen Mangel an helikalen Windungen enthält. In ihrer B-DNA-Struktur machen die Stränge der DNA-Doppelhelix nach jeweils 10.5 Basenpaaren eine komplette Windung. Eine Erhöhung der Windungszahl macht die DNA-Doppelhelix enger und führt aufgrund der axialen Windung in der DNA-Doppelhelix zu einer Krümmung. Das Eliminieren von Drehungen durch Unterwinden der Duplex hat den gegenteiligen Effekt, wodurch die Duplex sich negativ windet.

Q5 Warum ist negatives Supercoiling wichtig?

Antworten: Negatives Supercoiling hat eine bedeutende natürliche Funktion der Strangtrennung von DNA während der Replikation und Transkription. Die Strangtrennung verringert die Torsionsspannung in negativer supercoiled DNA. Auf diese Weise ist es energetisch günstiger, Stränge in negativer supercoiled DNA zu segregieren als in relaxierter DNA, und der Energieunterschied wird durch DNA-Relaxation geliefert.

F6 Warum macht positiv supercoiling DNA die DNA bei hohen Temperaturen stabiler?

Antworten: Positive DNA-Supercoiling erhöht die Anzahl der Verknüpfungen zwischen zwei DNA-Strängen. Eine Konformation, die der DNA-Doppelhelix Widerstand gegen hitzeinduzierte Denaturierung verleiht, macht sie unter hyperthermophilen Bedingungen stabil. die Plasmide, die aus dem unter hyperthermophilen Bedingungen lebenden Bakterium isoliert wurden, zeigten eine höhere Verknüpfungszahl im Vergleich zu den Plasmiden, die aus einem unter diesen Bedingungen nicht lebenden Bakterium isoliert wurden.

F7 Warum wandert die Supercoil-Plasmid-DNA durch die Agarose mit der geringsten Resistenz im Vergleich zu der anderen ex-linearen Form?

Antworten: Aufgrund ihrer supergewickelten Natur werden DNA-Fragmente kleiner und erfahren daher weniger Reibungsblockaden durch das Gel – dies führt dazu, dass die Bewegung dieser DNA-Form schneller ist als bei anderen Formen.

F8 Was ist der Unterschied zwischen eingeschränktem und nicht eingeschränktem DNA-Supercoiling?

Antworten: Das Wort „unconstrained“ wird verwendet, um Supercoiling in „freier“ DNA aufgrund topologischer Spannung darzustellen. Es wird nicht von Proteinen gestützt oder ist von Proteinen abhängig, was es in Eukaryoten wert ist, wo ungefähr 147 Basenpaare DNA um das Nukleosom gewunden sind, das im Wesentlichen ein Histon-Oktamer ist, das aus 2 Einheiten Histone H2A, H2B, H3 und H4 besteht. Diese Art von Supercoiling wird als „eingeschränkt“ klassifiziert, da die Nukleosomenstruktur sie einschränkt.

F9 Welches Enzym hilft dabei, einen DNA-Duplex-Strang zu schneiden, um das Aufwickeln von zwei Strängen zu lösen?

Antworten: Topoisomerase bewirkt, dass der Strang eingeschnitten wird und das Aufwickeln freigesetzt wird. Typ-I-Topoisomerasen brechen einen Strang aus der doppelhelikalen DNA. Es führt den ungebrochenen DNA-Strang durch die Lücke und ligiert das gebrochene Ende; Typ-I-Topoisomerase bewirkt eine Änderung von Lk um 1 Inkrement. Typ-II-Topoisomerasen brechen beide Stränge der doppelhelikalen DNA-Doppelhelix und verändern Lk um 2 Inkremente.

F10 Sind bakterielle Plasmide rund oder superspiralförmig?

Antworten: Bei vielen Arten ist bakterielle DNA zirkulär und negativ supercoiled. Ein aus Escherichia coli in der mittleren Wachstumsphase (exponentielle Phase) gereinigtes Plasmid wird bis zu einem Grad von σ = –0.06 superspiralisiert. Innerhalb der Zelle beträgt das uneingeschränkte Supercoiling etwa die Hälfte dieses Wertes.

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