Avainero DNA:n positiivisen ja negatiivisen superkiertymisen välillä on se, että DNA:n positiivisen superkiertymisen aikana DNA-juoste kiertyy relaksaan tilaan verrattuna, kun taas DNA:n negatiivisen superkiertymisen aikana DNA-juoste on kierrettynä verrattuna rento tila.
DNA:n superkiertyminen on DNA-juosteen kierteen määrä (yli- tai alikäämitys), ja se määrittää säikeen jännityksen määrän. Topoisomeraasit ovat entsyymejä, jotka helpottavat ja säätelevät DNA:n superkiertymistä DNA:n replikaation ja transkription tehostamiseksi. Niitä on kaikissa soluissa, myös bakteereissa ja ihmisissä. DNA:n superkiertyminen on tärkeä monille soluprosesseille, kuten DNA:n tiivistymiselle ja geeniekspressiolle, koska se säätelee pääsyä geneettiseen koodiin. DNA:n superkiertymistä on kahta tyyppiä: positiivinen superkiertymä ja negatiivinen superkiertyminen.
Mitä on DNA:n positiivinen superkiertymä?
DNA:n positiivinen superkiertyminen on prosessi, jossa DNA-juoste kiertyy yli rentoutuneeseen tilaan verrattuna. Tämä tapahtuu, kun DNA:n kaksoiskierteistä konformaatiota (oikeakätinen) kierretään tiukemmaksi (oikeakätisessä tilassa), kunnes kierteinen rakenne vääristyy ja kehittyy 'solmuksi'.
Kuva 01: DNA:n superkiertyminen
Matemaattiset yhtälöt tarkentavat DNA:n positiivista superkiertymistä. DNA ei ole positiivisesti superkiertynyt normaaleissa tiloissa, vaan sitä esiintyy vain soluprosessien aikana, esimerkiksi helpottamaan mitoosia, jossa kaksinkertaiset sisar-DNA:t erottuvat tytärsoluiksi intervaiheen aikana topologisesti assosioituvien domeenien kehittämisessä ja ylläpidossa. Nämä verkkotunnukset ovat TAD:ita. Lisäksi mitoottisen kromosomien kokoonpanon aikana on osoitettu, että kondensiini indusoi DNA:n positiivisen superkiertymisen. Kondensoituminen on suuri proteiinikompleksi, jolla on tärkeä rooli mitoottisen kromosomien kokoonpanossa ja joka indusoi positiivisen superkiertymisen ATP-hydrolyysistä riippuvaisella tavalla.
Mikä on DNA:n negatiivinen superkiertymä?
DNA:n negatiivinen superkiertyminen on prosessi, jossa DNA-juoste on haavan alla verrattuna rentoutuneeseen tilaan. Tämä tapahtuu, kun DNA:n kaksoiskierteistä konformaatiota (vasenkätinen) kierretään kevyemmäksi (vasenkätisessä tilassa haavan alla), kunnes kierteinen rakenne rentoutuu enemmän kuin DNA:n normaali rento B-muoto. Se helpottaa DNA:n replikaatiota ja transkriptiota topoisomeraasientsyymien kautta.
Kuva 02: DNA:n negatiivinen superkiertymä
DNA:n superkiertyminen tuottaa kahden tyyppisiä rakenteita, joita kutsutaan plektoneemiksi tai toroidiksi. Joskus se voi olla molempien yhdistelmä. DNA:n negatiivisen superkiertymisen aikana DNA-molekyyli tuottaa joko kaksilähtöisen oikeakätisen kierteen terminaalisilla silmukoilla (plektoneemi) tai yksialkuisen vasenkätisen heliksin (toroidi). Plektoneemit ovat yleisempiä luonnossa, erityisesti bakteereissa.
Mitä yhtäläisyyksiä DNA:n positiivisen ja negatiivisen superkiertymisen välillä on?
- DNA:n positiivista ja negatiivista superkiertymistä esiintyy kaikissa organismeissa (bakteereista ihmisiin)
- Molemmat prosessit muuttavat DNA-juosteen muotoa.
- Ne vaikuttavat DNA:n kaksoiskierteiseen rakenteeseen.
- Lisäksi molemmat mekanismit ovat tärkeitä monien solukkotoimintojen helpottamiseksi.
- Entsyymit kontrolloivat DNA:n positiivista ja negatiivista superkiertymistä.
Mitä eroa on DNA:n positiivisen ja negatiivisen superkiertymisen välillä?
Avainero DNA:n positiivisen ja negatiivisen superkiertymisen välillä on, että DNA:n positiivisen superkiertymisen aikana DNA-juoste kiertyy relaksaan tilaan verrattuna, kun taas DNA:n negatiivisen superkiertymisen aikana DNA-juoste on kierrettynä verrattuna rento tila. Useimpien organismien DNA on negatiivisesti superkiertynyt normaalitilassa. Positiivinen superkiertyminen tapahtuu vain tiettyjen solutoimintojen aikana. Lisäksi DNA:n positiivinen superkiertyminen tapahtuu oikealle puolelle, kun taas negatiivinen DNA:n superkiertyminen tapahtuu vasenta puolta kohti.
Alla oleva infografiikka esittelee DNA:n positiivisen ja negatiivisen superkiertymisen väliset erot taulukkomuodossa vierekkäin vertailua varten.
Yhteenveto – DNA:n positiivinen vs negatiivinen superkiertymä
DNA:n superkiertyminen on tärkeää monissa soluprosesseissa, kuten DNA:n tiivistymisessä ja geeniekspressiossa, koska se säätelee pääsyä geneettiseen koodiin. Se myös helpottaa ja säätelee DNA:n superkiertymistä DNA:n replikaation ja transkription tehostamiseksi. Keskeinen ero DNA:n positiivisen ja negatiivisen superkiertymisen välillä on, että DNA:n positiivisen superkiertymisen aikana DNA-juoste kiertyy relaksoituun tilaan verrattuna, kun taas DNA:n negatiivisen superkiertymisen aikana DNA-juoste on haavan alla verrattuna rentoutuneeseen tilaan. Tietyn juosteen molemmat superkiertymisprosessit on kehitetty matemaattisen kaavan avulla. Molempia prosesseja verrataan viitetilaan, joka tunnetaan DNA:n rentoutuneena tilana tai DNA:n relaksoituneena B-muotona.
