Порівняння між А- і В-формами подвійних спіралей

Обидві спіралі є правими. Основні відмінності між двома формами ДНК зумовлені різною конформацією цукру − С₂′ та С₃′ ендо. Саме внаслідок цього в А-формі порівняно з В-формою:

• Скорочується відстань між фосфатними залишками.

• Зменшується ступінь правої спіральної закрутки.

• Кожна пара основ суттєво нахиляється до осі спіралі (у В-формі пари майже перпендикулярні до осі).

• Унаслідок нахилу в А-формі скорочується відстань між сусідніми парами основ уздовж осі спіралі (проекція райза навісь спіралі).

• Кожна пара суттєво зсунута до периферії спіралі в А-формі, вісь спіралі проходить майже через центр пари в В-формі.

• Великий і маленький жолобки є справді великим і маленьким для В-форми, в А-формі їхні відносні розміри міняються місцями.

Крім того, є різниця і в конформаційній рухливості: А-форма однорідніша за своєю структурою, В-форма допускає ширші варіації параметрів залежно від послідовності. Узагалі, частіше кажуть не про форми ДНК, а про А- і В-родини структурних форм.

За фізіологічних умов у розчині ДНК існує тільки у В-формі, перехід в А-форму здійснюється за досить екстремальних умов in vitro – за певних концентрацій солі та спиртів у розчині, при зниженні вологості у фібрилах. Але це не означає, що А-форма не є фізіологічною.

По-перше, через те, що рибоза не може набувати С₂′-ендо конформації, усі подвійні спіралі РНК існують в А-формі за фізіологічних умов. З тієї ж причини набувають А-форми гібридні подвійні спіралі РНК − ДНК, які виникають тимчасово, наприклад, під час транскрипції.

Крім того, ДНК може переходити в А-форму або наближену до неї в комплексах із білками. Ще одна регулярна форма подвійної спіралі реалізується тільки для альтернуючих послідовностей poly- (GC) (коли G і C чергуються по ланцюгу). Це так звана Z-форма (рис. 11). Її назва пов’язана з тим, що лінія, яка з’єднує фосфатні залишки у складі Z-форми нагадує зиґзаґ.

Найбільш вражаюча особливість цієї форми ДНК полягає в тому, що це − ліва спіраль із приблизно 12 парами основ на виток. Альтернуючі послідовності G та C є в природних ДНК, але перехід у Z-форму відбувається in vitro за умов, які є дуже далекими від фізіологічних – при концентрації NaCl 2,5 моль/л. Біологічне значення Z-форми залишається не зовсім зрозумілим, хоча знайдені білки, які мають високу спорідненість саме до неї, тобто можуть індукувати В → Z перехід in vivo.

Рис. 11. В- (гексамерний фрагмент структури з рис. 6) і Z- (гексамер CGCGCG, 1DCG) форми ДНК. Чорним кольором на структурі праворуч позначені атоми фосфору.

Конформація В-ДНК

Структура В-форми ДНК не є абсолютно регулярною. Конформаційні особливості та особливості стекінгу в різних контактах між парами основ призводять до суттєвої залежності локальної конформації подвійної спіралі від послідовності − можна сказати, що послідовність несе інформацію про структурні особливості ДНК (подібно до того, як амінокислотна послідовність зумовлює просторову структуру білка).

Щоб проілюструвати залежність конформації ДНК від послідовності, у табл. 2 наведені значення кута твіста (див. рис. 9) для 10 типів контактів між парами основ у кристалах вільної ДНК і білково-нуклеїнових комплексів.

Твіст у комплексах є дуже близьким до значення твіста вільної ДНК у розчині за фізіологічних умов − середнє значення для всіх контактів відповідає 10,1 парам основ на виток спіралі у кристалах і 10,5 парам основ у комплексах з білком. Як видно з таблиці, твіст варіює в досить широких межах − ступінь локальної спіральної закрутки ДНК суттєво змінюється залежно від послідовності пар основ.

Таблиця 2.