Конформаційні параметри подвійної спіралі

Як для будь-якого іншого полімеру, конформаційна рухливість нуклеїнових кислот реалізується завдяки зміни кутів обертання навкруги ковалентних зв’язків. У складі подвійної спіралі ці обертальні рухи обмежені міцними стекінг-взаємодіями та комплементарними водневими зв’язками. Дозволені обертання навкруги різних зв’язків призводять врешті решт до зміни взаємної орієнтацій основ і пар основ. Саме набором параметрів, що описують такі відносні орієнтації, прийнято характеризувати конформації подвійних спіралей.

В основі номенклатури конформаційних параметрів подвійних спіралей нуклеїнових кислот, прийнятої спеціальною нарадою EMBO (European Molecular Biology Organization), лежить стандартна локальна декартова система координат, що ставиться у відповідність до кожної пари основ (рис. 8): початок координат знаходиться в геометричному центрі пари; площина X − Y збігається з площиною пари, вісь Y є паралельною щодо лінії, яка з’єднує С₁′-атоми, і спрямована на ланцюг, який береться за перший; вісь Z спрямована на площину наступної (у напрямку 5′ → 3′ по першому ланцюгу) пари основ; напрямок осі X обирається за правилами утворення правої декартової системи координат − жолобок, на який вона спрямована, позначається як великий. Насправді, терміни великий / маленький жолобок не обов’язково мають буквальне значення.

Рис. 8. Дві пари основ у молекулі ДНК і локальна декартова система координат, пов’язана з однією з них.

Для опису відносного положення двох сусідніх пар достатньо шість параметрів: три зсуви наступної пари відносно попередньої по трьох осях (будь-який зсув можна розкласти на три компоненти) і три кути обертання другої пари відносно першої навколо трьох осей (рис. 9):

• Шифт (shift) характеризує зсув у напрямку одного із жолобків.

• Слайд (slide) − зсув у напрямку цукрофосфатного остова.

• Райз (rise) − відстань між парами основ уздовж осі Z.

• Кут рола (roll) характеризує локальний вигин подвійної спіралі в напрямку одного із жолобків.

• Кут тилта (tilt) − вигин у напрямку цукрофосфатного остова.

• Твіст (twist) є кутом обертання навкруг осі Z, який характеризує ступінь спірального закручення (для правої спіралі прийнято використовувати позитивні значення твіста).

Рис. 9. Шість параметрів, які описують конформацію двох сусідніх пар основ.

Аналогічно, шість параметрів характеризують відносне положення основ, що належать до однієї пари: зсув уздовж осі X і обертання навколо неї (shear і buckle), зсув і обертання відносно осі Y (stretchі propeller) та відносно осі Z (stagger і opening). Яким чином відбуваються відповідні рухи однієї основи відносно іншої легко зрозуміти з рис. 9.