DNA超螺旋和超螺旋应力

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介绍

DNA超螺旋是DNA双螺旋结构的扭曲或盘绕，导致分子产生应力。

这种应力被称为超螺旋应力。超螺旋是在所有生物体中发生的必要过程，对于各种细胞过程至关重要，包括DNA复制、转录和修复。

我们将讨论DNA超螺旋的机制以及超螺旋应力在DNA结构和功能中的作用。

DNA超螺旋机制

DNA的双螺旋结构由两条互补的核苷酸链组成，这些链通过核苷酸碱基之间的氢键连接在一起。当螺旋围绕其轴扭曲时，就会发生DNA超螺旋，从而导致分子产生应力。超螺旋的程度可以通过称为连环数的拓扑参数来量化，该参数是一条DNA链缠绕另一条DNA链的次数。

超螺旋分为两种类型：正超螺旋和负超螺旋。

正超螺旋发生在螺旋过度缠绕时，导致连环数增加。

负超螺旋发生在螺旋缠绕不足时，导致连环数减少。这两种类型的超螺旋对于DNA结构和功能都至关重要。

DNA超螺旋的过程是由称为拓扑异构酶的酶促进的。这些酶断裂并重新连接DNA链，使螺旋能够扭曲或解旋。拓扑异构酶分为两类：I型和II型。

• I型拓扑异构酶断裂一条DNA链，而

• II型拓扑异构酶断裂两条链。这两种类型的拓扑异构酶都参与调节DNA的超螺旋。

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超螺旋应力在DNA结构和功能中的作用

超螺旋应力是由于超螺旋而储存在DNA分子中的能量。这种应力是DNA结构和功能的关键决定因素。超螺旋应力影响双螺旋的稳定性并影响DNA与蛋白质之间的相互作用。

DNA中超螺旋应力的程度影响双螺旋的稳定性。正超螺旋增加了破坏核苷酸碱基之间氢键所需的能量，使DNA分子更稳定。负超螺旋降低了破坏氢键所需的能量，使DNA分子不太稳定。

超螺旋应力还在DNA-蛋白质相互作用中发挥作用。与DNA结合的蛋白质，如转录因子和组蛋白，受DNA分子中超螺旋应力的程度影响。正超螺旋增加了DNA对蛋白质的可及性，而负超螺旋降低了可及性。

超螺旋应力对于各种细胞过程至关重要，包括DNA复制、转录和修复。DNA复制需要双螺旋解旋，这会导致复制叉前方产生正超螺旋，复制叉后方产生负超螺旋。超螺旋的产生和解决对于DNA的正确复制至关重要。

转录（从DNA合成RNA的过程）也需要产生超螺旋。负责转录的酶RNA聚合酶在转录泡前方产生正超螺旋，在转录泡后方产生负超螺旋。超螺旋的产生和解决对于DNA的正确转录至关重要。

DNA修复也需要产生和解决超螺旋。DNA损伤可能导致超螺旋应力的积累，这可能导致DNA链断裂和其他形式的DNA损伤。超螺旋的正确解决对于修复DNA损伤至关重要。

常见问题

Q1. 什么是DNA超螺旋？

A1. DNA超螺旋是DNA双螺旋结构的扭曲或盘绕，导致分子产生应力。

Q2. 什么是超螺旋应力？

A2. 超螺旋应力是由于超螺旋而储存在DNA分子中的能量。

Q3. 拓扑异构酶在DNA超螺旋中起什么作用？

A3. 拓扑异构酶是断裂并重新连接DNA链的酶，使螺旋能够扭曲或解旋。它们对于调节DNA的超螺旋至关重要。

Q4. DNA超螺旋的两种类型是什么？

A4. DNA超螺旋的两种类型是正超螺旋和负超螺旋。正超螺旋发生在螺旋过度缠绕时，导致连环数增加。负超螺旋发生在螺旋缠绕不足时，导致连环数减少。

Q5. 超螺旋应力如何影响DNA分子的稳定性？

A5. 正超螺旋增加了破坏核苷酸碱基之间氢键所需的能量，使DNA分子更稳定。负超螺旋降低了破坏氢键所需的能量，使DNA分子不太稳定。

Q6. 超螺旋应力在DNA-蛋白质相互作用中起什么作用？

A6. 超螺旋应力影响DNA与蛋白质之间的相互作用。

• 正超螺旋增加了DNA对蛋白质的可及性，

• 而负超螺旋降低了可及性。