Kluczowa różnica między dodatnim i ujemnym superzwijaniem DNA polega na tym, że podczas dodatniego superzwijania DNA nić DNA jest zwijana w porównaniu ze stanem rozluźnionym, podczas gdy podczas ujemnego superzwijania DNA nić DNA jest nawinięta w porównaniu do stan relaksu.
DNA supercoiling to ilość skręcenia w nici DNA (nadwijanie lub pod nawijaniem) i określa stopień naprężenia nici. Topoizomerazy to enzymy, które ułatwiają i regulują superzwijanie się DNA w celu zwiększenia replikacji i transkrypcji DNA. Są obecne we wszystkich komórkach, w tym bakteriach i ludziach. Superzwijanie DNA jest ważne dla wielu procesów komórkowych, takich jak kompaktowanie DNA i ekspresja genów, poprzez regulację dostępu do kodu genetycznego. Istnieją dwa rodzaje superzwijania DNA jako superzwijania dodatniego i superzwijania ujemnego.
Co to jest pozytywne superskręcenie DNA?
Dodatnie superzwijanie się DNA to proces, w którym nić DNA jest zwijana w porównaniu ze stanem rozluźnienia. Dzieje się tak, gdy konformacja podwójnej spirali DNA (prawoskrętnej) jest mocniej skręcona (nad raną w trybie prawoskrętnym), aż struktura spiralna zostanie zniekształcona i rozwinie się w poziom „węzła”.
Rysunek 01: Superzwijanie się DNA
Równania matematyczne opisują dodatnie zwijanie się DNA. DNA nie ulega dodatniemu superskręceniu w normalnych stanach, ale występuje tylko podczas procesów komórkowych, na przykład w celu ułatwienia mitozy, gdzie zduplikowane siostrzane DNA są segregowane do komórek potomnych podczas interfazy rozwoju i utrzymywania powiązanych topologicznie domen. Te domeny to TAD. Co więcej, podczas składania chromosomów mitotycznych wykazano, że kondensyna indukuje dodatnie superzwijanie się DNA. Kondensacja to duży kompleks białkowy, który odgrywa główną rolę w montażu chromosomów mitotycznych i indukuje dodatnie superzwijanie w sposób zależny od hydrolizy ATP.
Co to jest negatywne superzwijanie się DNA?
Ujemne superzwijanie się DNA to proces, w którym nić DNA jest pod raną w porównaniu ze stanem rozluźnienia. Dzieje się tak, gdy podwójna spiralna konformacja DNA (lewoskrętna) jest lżej skręcana (pod raną w trybie lewoskrętnym), aż struktura spiralna staje się rozluźniona bardziej niż normalna zrelaksowana forma B DNA. Ułatwia replikację i transkrypcję DNA przez enzymy topoizomerazy.
Rysunek 02: Negatywne superzwijanie się DNA
Superzwijanie się DNA wytwarza dwa rodzaje struktur zwanych plektonem lub toroidem. Czasami może to być połączenie obu. Podczas negatywnego superzwijania DNA, cząsteczka DNA wytworzy albo dwupoczątkową prawoskrętną helisę z końcowymi pętlami (plektonem) albo jednopoczątkową lewoskrętną helisę (toroid). Plektonemy są bardziej powszechne w przyrodzie, zwłaszcza u bakterii.
Jakie są podobieństwa między dodatnim a ujemnym superzwijaniem się DNA?
- Dodatnie i ujemne superzwijanie się DNA jest obecne we wszystkich organizmach (od bakterii po ludzi)
- Oba procesy zmieniają kształt nici DNA.
- Wpływają na podwójną spiralną strukturę DNA.
- Ponadto oba mechanizmy są ważne dla ułatwienia wielu funkcji komórkowych.
- Enzymy kontrolują dodatnie i ujemne superzwijanie się DNA.
Jaka jest różnica między dodatnim a ujemnym zwijaniem się DNA?
Kluczowa różnica między dodatnim i ujemnym superzwijaniem DNA polega na tym, że podczas dodatniego superzwijania DNA nić DNA jest zwijana w porównaniu ze stanem rozluźnionym, podczas gdy podczas ujemnego superzwijania DNA nić DNA jest nawinięta w porównaniu do stan zrelaksowany. W normalnym stanie DNA większości organizmów jest ujemnie zwinięte. Dodatnie superzwijanie występuje tylko podczas określonych funkcji komórkowych. Co więcej, dodatnie zwijanie DNA ma miejsce w kierunku prawej strony, podczas gdy ujemne superzwijanie DNA ma miejsce w kierunku lewej strony.
Poniższa infografika przedstawia różnice między pozytywną i negatywną superzwijaniem DNA w formie tabelarycznej do bezpośredniego porównania.
Podsumowanie – Pozytywne vs Negatywne Superzwijanie się DNA
Superzwijanie DNA jest ważne w wielu procesach komórkowych, takich jak kompaktowanie DNA i ekspresja genów, poprzez regulację dostępu do kodu genetycznego. Ułatwia również i reguluje superzwijanie DNA w celu zwiększenia replikacji i transkrypcji DNA. Kluczowa różnica między dodatnim i ujemnym superzwijaniem DNA polega na tym, że podczas dodatniego superzwijania DNA nić DNA jest zwijana w porównaniu ze stanem rozluźnionym, podczas gdy podczas ujemnego superzwijania DNA nić DNA jest pod raną w porównaniu ze stanem rozluźnionym. Oba procesy superzwijania danej nici są opracowane według wzoru matematycznego. Oba procesy są porównywane ze stanem odniesienia znanym jako zrelaksowany stan DNA lub zrelaksowana forma DNA B.
