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Pourquoi les calichéamicines se lient-elles à l'ADN au niveau du sillon mineur plutôt que du sillon majeur ?

Pourquoi les calichéamicines se lient-elles à l'ADN au niveau du sillon mineur plutôt que du sillon majeur ?


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J'essaie de comprendre pourquoi certains médicaments ne se lient qu'au petit sillon et non au grand sillon. Plus précisément, je m'intéresse aux calichéamicines.

Ils ciblent l'ADN et provoquent la scission des brins. Les calicheamicines se lient à l'ADN dans le petit sillon, où elles subissent ensuite une réaction analogue à la cyclisation de Bergman pour générer une espèce diradical. Ce diradical, le 1,4-didéhydrobenzène, extrait ensuite les atomes d'hydrogène du squelette désoxyribose (sucre) de l'ADN, ce qui conduit finalement à la scission des brins.[7] La spécificité de la liaison de la calichéamicine au petit sillon de l'ADN a été démontrée.


Logement dans le sillon majeur ou mineur

Je ne suis pas en mesure de généraliser sur tous les médicaments qui se lient au sillon majeur de l'ADN, mais au moins un exemple bien connu, actinomycine D, le fait parce qu'il s'intercale entre les paires de bases dans la double hélice. Bien que d'autres interactions chimiques faibles stabilisent cette liaison, une grande partie se fait par empilement de bases avec des paires de bases. Par conséquent, la reliure exige qu'elle soit insérée dans le rainure principale dans laquelle se trouvent les paires de bases (voir par exemple l'article PDB 101 Molecule of the Month).

Liaison de calicheamicines, en revanche, implique une interaction avec deux parties de la molécule. La 'tête' de la molécule fait des interactions spécifiques avec une séquence TCCT dans l'ADN (dans le cas de la calichéamicine γ1), qui est réalisé à partir du petit sillon (l'intercalation n'est pas nécessaire) permettant à la "queue" saccharidique de s'insérer dans le petit sillon. (Ikemoto et al. 1995).

(Construit à partir d'images de structure 3D sur le site Web de la Protein Data Bank)

Spécificité de la séquence

Une préoccupation de l'affiche est le fait que l'interaction de la calichéamicine est spécifique à la séquence (il y a apparemment une préférence pour d(T-C-C-T).d(A-G-G-A)) alors que l'accès aux bases est restreint dans le petit sillon. Ceci est abordé dans l'article d'Ikemoto et al., mais sans illustration, en supposant que vous puissiez visualiser les interactions chimiques dans votre esprit. J'ai utilisé Jmol pour visualiser la structure 2PIK, j'ai préparé quelques captures d'écran pour aider à illustrer les détails que je citerai du texte de l'article.

Le clivage de l'ADN est effectué par l'ènediyne aglycone (R), qui n'entre pas en contact avec les bases. Deux des régions qui interagissent avec les bases sont le cycle thio-sucre (B) et le cycle aromatique (C). Ceux-ci sont présentés ci-dessous dans le complexe de calicheamicine (coloré en jaune) avec un duplex désoxy-oligonucléotide, ainsi qu'un gros plan des interactions de ces anneaux.

Dans le cadre de gauche, l'ADN a une coloration cpk standard et les phosphates (rouge orangé) qui tapissent le petit sillon sont évidents. Les paires de bases sont perpendiculaires au plan de l'image. Dans le deuxième cadre, j'ai légèrement incliné l'image pour permettre de voir les anneaux des bases et j'ai coloré les bases (en fait tout le nucléoside) en rouge/blanc/vert/bleu pour A/T/G/C. Citant l'article d'Ikemoto :

Le sucre thio B est positionné sur le bord dans le petit sillon et entre en contact avec le résidu A20 par van der Waals et une liaison hydrogène (anneau B hydroxyle à N3 de la base) interactions. Le cycle aromatique C est positionné entre les parois du petit sillon avec son iode et son CH3 groupes dirigés vers le fond du sillon mineur.… Le lieur S-carbonyle, qui adopte un alignement orthogonal par rapport au plan de l'anneau C (favorisé par les exigences stériques du ortho substituants du cycle aromatique), ponte le petit sillon et établit des contacts de van der Waals avec les parois opposées du sillon.

Cela peut ne pas avoir la clarté de, disons, l'appariement de bases de Watson et Crick, mais pas plus que l'interaction des protéines avec des séquences d'ADN particulières - il faut examiner les multiples interactions qui se produisent. Ce que je pense que cela montre, c'est que ce médicament peut établir un contact spécifique avec les bases, même s'il se lie dans le petit sillon.


Liaison à l'ADN

Shuichi Yanagisawa, dans Facteurs de transcription végétale, 2016

Résumé

La famille des facteurs de transcription Dof est une famille majeure de facteurs de transcription végétaux contenant le Dof (NA-binding one finger), qui forme probablement un doigt de zinc (Zn). Les facteurs de transcription Dof sont omniprésents dans le règne végétal mais ne sont pas présents chez les animaux ou les levures. Les angiospermes contiennent environ 30 gènes codant pour les facteurs de transcription Dof, tandis que les plantes non vasculaires ont un nombre plus faible de tels gènes. Bien que tous les facteurs de transcription Dof présentent des propriétés de liaison à l'ADN similaires, en raison de leur domaine de liaison à l'ADN hautement conservé, ils jouent une variété de rôles physiologiques très différents. in planta. Les facteurs de transcription Dof sont connus pour être impliqués dans la régulation du métabolisme, les réponses des phytohormones, la régulation photopériodique, la régulation hormonale et d'autres aspects du développement des plantes. Je résume ici l'état actuel des connaissances sur les facteurs de transcription Dof.


Réactifs d'empreinte métallo

L'application la plus répandue de la chimie des acides nucléiques métalliques dans la communauté de la biologie a probablement été l'utilisation de complexes métalliques pour l'empreinte chimique. La technique d'empreinte (figure 8.11) a été développée par des biologistes 62 comme moyen de localiser les sites de liaison aux protéines sur l'ADN. Des fragments d'ADN double brin marqués à l'extrémité 32P pourraient être digérés avec une nucléase, telle que la DNAse, en présence ou en l'absence de protéine de liaison à l'ADN. Après électrophorèse des produits de digestion dénaturés et autoradiographie, on trouverait une "empreinte", c'est-à-dire l'inhibition du clivage par la DNAse, à l'endroit lié par la protéine, par rapport à un motif clivé au hasard trouvé sur l'ADN en l'absence de protéine de liaison. . Bien que la DNAse soit encore largement utilisée, ce réactif d'empreinte présente certains inconvénients : (i) la nucléase n'est pas séquence neutre dans son clivage, ce qui entraîne beaucoup de bruit dans le fond d'empreinte et (ii) puisque la nucléase est elle-même une grosse protéine, sa capacité à fournir des motifs d'empreinte haute résolution de molécules plus petites est assez limitée.

Plusieurs complexes métalliques servent maintenant de réactifs d'empreinte chimique à haute résolution et à séquencement neutre. Certains de ces réactifs sont illustrés à la figure 8.13. Le premier, comme mentionné précédemment, était le MPE-Fe(II). 57 Le complexe contient une fraction de liaison à l'ADN neutre en termes de séquence, le méthidium intercalant, et une fraction de clivage redox de l'ADN captif, Fe(EDTA). Le méthidium, en se liant de manière non spécifique à l'ADN, délivre les radicaux hydroxyles, générés via la chimie de Fenton au centre Fe(II) en présence de peroxyde et d'un agent réducteur, au squelette de l'ADN de manière aléatoire. Comme le complexe est petit, une haute résolution peut être obtenue. En effet, il a été démontré que MPE-Fe(II) empreinte de petits produits naturels qui se lient à l'ADN, en plus d'empreinter des peptides et des protéines de liaison à l'ADN beaucoup plus gros.

Figure 8.13 - Exemples de réactifs de métalloempreinte. Rh(phi)2bpy 3+ , un intercalateur d'empreinte photographique, et MPE-Fe(II), un agent intercalant neutre en séquence.

Le Fe(EDTA) 2- lui-même est peut-être plus simple encore et maintenant très largement utilisé comme réactif d'empreinte. 63 Le concept ici est que Fe(EDTA) 2- , en tant que dianion, est peu susceptible de s'associer du tout au polyanion d'ADN. Par conséquent, les radicaux hydroxyles, générés via la chimie de Fenton à distance de l'hélice, diffuseraient probablement vers l'hélice avec une concentration uniforme le long de l'hélice et fourniraient un modèle de clivage complètement neutre pour la séquence. Tullius et ses collègues ont démontré 63 que c'était le cas. La résolution est en outre extrêmement élevée car le radical hydroxyle est suffisamment petit pour qu'il puisse même diffuser dans la protéine de liaison à l'ADN pour délimiter les domaines de liaison. Certaines difficultés sont rencontrées, cependant, avec les concentrations élevées de réactifs d'activation nécessaires pour activer un réactif de clivage qui ne fait pas se lier à l'hélice, et des problèmes surgissent bien sûr en essayant d'empreinter les métalloprotéines. Néanmoins, Fe(EDTA) 2- , un réactif que l'on trouve facilement sur l'étagère du biologiste, trouve maintenant une grande utilité dans les laboratoires en tant que substitut chimique de la DNAse.

D'autres complexes de métaux de transition trouvent également des applications dans l'empreinte chimique. Les deux Cu(phen)2 + et les porphyrines de manganèse ont été utilisées pour tracer des protéines de liaison à l'ADN. 64,65 Ces complexes clivent probablement l'ADN soit par chimie de Fenton, soit par réaction directe d'un intermédiaire métal-oxo coordonné avec le squelette sucre-phosphate. Les complexes, cependant, semblent se lier à l'ADN principalement le long de la surface du petit sillon d'ADN, et avec une certaine préférence pour les régions riches en AT. Les motifs obtenus sont en fait assez similaires à ceux trouvés avec la DNAse, et donc le manque de neutralité de séquence élevée est quelque peu limitatif. De plus, les complexes sont les plus sensibles aux fragments de liaison dans le petit sillon, plutôt qu'à ceux du grand sillon, où les protéines se lient. Les intercalateurs tels que MPE-Fe(II) peuvent détecter les espèces de liaison dans les deux rainures. Cu(phén)2 + s'est néanmoins avéré assez efficace pour détecter les hyperréactivités dans le petit sillon, en raison des perturbations structurelles de l'ADN qui résultent de la liaison aux protéines dans le grand sillon. Que cette sensibilité émane de l'interaction intime de Cu(phen)2 + dans le petit sillon de l'hélice, ou en raison des caractéristiques du radical réactif formé, n'est pas connu.

La photochimie inorganique a également été appliquée au développement de complexes métalliques en tant que réactifs de photoempreinte. L'acétate d'uranyle, par exemple, à des concentrations élevées, lors de la photolyse, favorise le clivage de l'ADN. 66 On pense que les ions interagissent avec les phosphates, générant une certaine chimie radicalaire à l'état excité, bien qu'aucune caractérisation détaillée de cette chimie n'ait été entreprise. La réaction de clivage est néanmoins remarquablement neutre en termes de séquence et est donc prometteuse pour les applications de photofootprinting. En fait, l'applicabilité de l'acétate d'uranyle illustre à quel point la chimie de coordination simple et maintenant même la photochimie peuvent être utiles dans la conception d'une variété de réactifs qui interagissent et clivent l'ADN, à la fois de manière non spécifique et spécifique. Les techniques biochimiques utilisées pour surveiller ces processus sont suffisamment sensibles pour que même des réactions tout à fait inefficaces en solution puissent être exploitées pour développer des réactifs utiles. Plus nous comprenons la chimie du complexe de coordination, plus il peut être utilisé efficacement.

Le meilleur dérivé d'un complexe métallique tris(phénanthroline) actuellement appliqué dans les expériences d'empreinte est Rh(phi)2bpy 3+ , un dérivé de deuxième génération de la série tris(phénanthroline) 67 qui se lie avidement à l'ADN par intercalation et en présence de lumière favorise le clivage direct des brins par abstraction d'atomes d'hydrogène en position C3' sur le sucre. 31 Étant donné qu'aucun intermédiaire diffusant n'est impliqué dans cette réaction de photoclivage, la résolution du motif d'empreinte est à un seul nucléotide. Ici, la chimie des métaux de transition à l'état excité implique un transfert de charge ligand-métal, produisant un radical cation phi qui extrait directement l'hydrogène du sucre au niveau du site intercalé. La haute efficacité de cette photoréaction et la liaison neutre élevée du complexe à l'ADN double brin ajoutent à l'utilité de ce réactif dans les études d'empreinte. En effet, à la fois les protéines de liaison à l'ADN, liées dans le sillon principal, et les petits produits naturels, associés au sillon mineur, ont été empreintes de Rh(phi)2bpy 3+ à précisément la taille attendue sur la base des résultats cristallographiques. On peut espérer que ce réactif et d'autres réactifs de photoempreinte trouveront bientôt des applications pour des expériences d'empreinte in vivo.


Liaison à l'ADN et retournement des nucléotides par la protéine de réparation de l'ADN humain AGT

O 6 -alkylguanine-ADN alkyltransférase (AGT), ou O La 6-méthylguanine-ADN méthyltransférase (MGMT) prévient les mutations et l'apoptose résultant des dommages causés par l'alkylation des guanines. L'AGT transfère de manière irréversible la lésion alkyle à une cystéine du site actif dans une voie d'inversion des dommages directs stoechiométrique. L'expression de l'AGT provoque donc une résistance tumorale aux chimiothérapies alkylantes, et les inhibiteurs de l'AGT sont en cours d'essais cliniques. Nous rapportons ici les structures de l'AGT humaine en complexe avec de l'ADN double brin contenant le substrat biologique O 6 -méthylguanine ou réticulé à l'inhibiteur mécaniste N 1 ,O 6 -éthanoxanthosine. Le motif hélice-tour-hélice (HTH) de liaison au sillon majeur de l'ADN prototypique médie la liaison à l'ADN du sillon mineur sans précédent. Cette architecture de liaison présente des avantages pour la réparation de l'ADN et le retournement des nucléotides, et fournit un paradigme pour les interactions HTH dans les protéines de liaison à l'ADN indépendantes de la séquence comme RecQ et BRCA2. Les résultats structurels et biochimiques soutiennent en outre un rôle imprévisible pour Tyr114 dans le retournement des nucléotides par rotation du phosphate et un mécanisme cinétique efficace pour localiser les bases alkylées.


Résultats

Données pour les modifications expérimentales de la capacité calorifique, ΔCp obs , ont été normalisés à l'unité 2 d'interface pour faciliter la comparaison entre des complexes de taille variable et sont résumés sur la figure 1, séparés en liants de sillon majeur et mineur. Le sensiblement négatifCLes valeurs de pobs soutiennent l'hypothèse générale selon laquelle la liaison conduit à une déshydratation importante des groupes apolaires (plutôt que polaires) (voir Privalov et al. 2007 pour un résumé). La contribution de la déshydratation de la protéine, ΔCp prot , calculé en utilisant l'équation ci-dessus (moyenne). (2), est donnée en orange et la contribution de l'ADN (ΔCp ADN en bleu) est alors la différence par rapport aux valeurs observées. La caractéristique la plus frappante de cet ensemble de données est que, tandis que les contributions protéiques ne diffèrent pas beaucoup pour la liaison dans les deux sillons, les changements de capacité thermique dus à la déshydratation de l'ADN sont très différents : sensiblement négatifs dans le sillon principal mais seulement légèrement pour le petit sillon. Il est clair queCp pour les surfaces d'ADN et de protéines (par 2 ) n'est pas le même : c'est-à-dire que les caractéristiques d'hydratation des sillons d'ADN diffèrent de celles des protéines.

Surface totale normalisée (c'est-à-dire par A 2 ) des changements de capacité thermique observés,Cpobs, pour lier les DBD à leurs séquences cibles de reconnaissance optimales. La contribution des composants protéiques (orange), ΔCp prot , a été calculé à partir de la protéine moyenne Eq. (2). Les apports ADN,Cp ADN , (bleu) ont été obtenus par soustraction de ΔCp obs. Les zones interfaciales utilisées pour la normalisation étaient des moyennes des zones de contact des protéines et de l'ADN. Pour plus de détails, voir le tableau 1

Analyse de l'interface

Les programmes Naccess et PDIviz ont été utilisés pour déterminer les surfaces accessibles des domaines protéiques, de l'ADN libre et de leurs complexes en utilisant seulement deux catégories de surface : apolaire (y compris aromatique) et polaire/chargée. A partir de ces données, les valeurs de ΔASA, le changement (réduction) de la surface accessible lors de la formation des complexes ont été calculés à la fois pour les composants protéiques et ADN. Le composant aromatique n'a pas été évalué séparément car les cycles aromatiques sont rarement exposés à la surface des protéines et dans l'ADN duplex, seuls les bords des bases sont exposés, pas les cycles aromatiques.

Le tableau 1 répertorie les valeurs de ΔASA prot , la réduction de la surface accessible des protéines lors de la formation de leurs complexes et les changements de capacité calorifique calculés, ΔCp prot , résultant de l'occlusion de leur surface, en utilisant l'Eq. (2). Valeurs deCp prot ont ensuite été soustraits du observéCp obs valeurs pour donner des valeurs deCp ADN , le changement de capacité calorifique attribuable à la déshydratation de l'ADN lors de la formation du complexe. Ces valeurs deCL'ADN p , ainsi que les changements dans les surfaces apolaires et polaires de l'ADN (ADN ΔASA ) pour chaque complexe ont été substitués dans l'équation :

Le petit sillon

Cinq complexes ont été utilisés, dont trois sont des boîtes HMG (voir Dragan et al. 2004). D74 est une forme tronquée de la protéine HMG-D de Drosophila non spécifique à la séquence (NSS) et comprend uniquement la boîte HMG minimale, c'est-à-dire exclut la queue C-terminale hautement basique de 26 résidus incluse dans la construction D100. Lef79 est également la boîte HMG minimale du facteur de transcription LEF-1 spécifique à la séquence de souris (SS), manquant de la même manière sa queue C de base à 8 résidus présente dans Lef86. Les données pour les versions plus longues de ces deux DBD n'ont pas été utilisées car leurs queues C-terminales de base ne se lient pas dans le petit sillon mais s'étendent à travers le grand sillon et ne font que des liaisons ioniques non spécifiques. SRY81 est la boîte SS HMG de SRY humaine : cela comprend une courte queue C-terminale qui suit le petit sillon adjacent à la boîte HMG elle-même et il en va de même pour la boîte HMG de la souris Sox5. Le motif de crochet AT « Core DBD2 » est l'élément « noyau » minimal à 10 résidus représentant le deuxième crochet AT de HMGA1, dont l'élément RGR central se trouve sur le sol du petit sillon.

Le sillon majeur

Six complexes ont été utilisés pour l'analyse du sillon majeur. Les homéodomaines insèrent une hélice de reconnaissance dans le sillon principal, mais ont en plus des extensions N-terminales dans le sillon mineur. Pour restreindre la considération au seul sillon principal, la figure 1 donne des données pour les formes tronquées des homéodomaines Antennapedia et NK2 qui n'ont pas leurs extensions N-terminales : desAntp et desNK2 (Dragan et al. 2006). Il comprend également des données pour l'homéodomaine Mat α2 qui conserve une très courte extension N-terminale dans le petit sillon (Carra et Privalov 1997). FOXP2 insère la troisième hélice α de son domaine de tête de fourche dans le sillon principal et il y a très peu de contacts dans le sillon mineur dans ce cas (Morris et al. 2018). Le TFIIIA est un élément à trois doigts de zinc de la protéine du xénope (Wuttke et al. 1997 Liggins et Privalov 2000). Les données thermodynamiques pour la liaison à l'ADN du dimère répresseur Cro proviennent de Takeda et al. 1992.

Dans l'éq. (3) les valeurs de (ASA) apolaire et (ASA) polaire, les surfaces apolaires et polaires des sites de liaison à l'ADN, sont des variables indépendantes. Pour les complexes du petit sillon, il existe cinq ensembles de variables ΔASA apolaires et polaires et six ensembles de variables pour les complexes du grand sillon. Les paramètres recherchés, les coefficients Cp je , sont pris comme des constantes et représentent les effets de capacité calorifique normalisés en surface de la surface unitaire déshydratante de la surface apolaire et polaire sur l'ADN. Celles-ci ont été initialement estimées à l'aide de l'équation. (3) puis le programme de régression dans Origin a été appliqué à chaque ensemble de ΔASA je variables. Le tableau 2 donne les équations résultantes pour chaque rainure. Pour afficher l'efficacité avec laquelle les coefficients calculés expriment les données expérimentales, un graphique a été tracé pour chaque rainure des capacités thermiques observées expérimentalement par rapport à celles prédites à l'aide des coefficients dérivés, voir Fig. 2. Les diagonales, ayant une pente de l'unité, représentent une correspondance exacte entre les observésCp ADN et celui calculé en utilisant les valeurs moyennes de Cp je donné dans le tableau 2.

La corrélation de expérimentalCp valeurs d'ADN, X-axe, avec ceux prédits ΔCp (prédit), oui-axe, sur la base de ΔASA calculéapolaire et ASApolaire valeurs et deux équations de type (3) avec les paramètres d'ajustement indiqués dans les encadrés. La ligne fonctionne sur les graphiques, [ΔCp(prédit) =Cp DNA ] correspondent à l'identité de la capacité calorifique prédite et expérimentale. Les numéros dans les cases correspondent aux complexes protéine/ADN individuels


Données étendues Fig. 1 Deux types de mécanisme de clivage de l'ADN utilisés par les transposases de type RNase H.

une, RAG et les membres de la famille des transposases hAT eucaryotes, par ex. Hermès, coupez le brin supérieur et générez d'abord un phosphate 5' à l'extrémité du transposon (répétition inversée terminale, TIR) ou une séquence signal de recombinaison (RSS pour RAG). Le clivage du brin inférieur se produit par formation en épingle à cheveux sur l'ADN flanquant le TIR ou le RSS. Les cercles rouges pleins et vides indiquent les phosphates scissiles du brin supérieur et inférieur, respectivement. b, Toutes les transposases bactériennes et de nombreuses transposases eucaryotes, y compris les intégrases rétrovirales, clivent d'abord le brin inférieur et génèrent un 3′-OH à l'extrémité du transposon pour la transposition. La flèche rose avant l'étape de formation en épingle à cheveux et la case grise en pointillés indiquent que seul un sous-ensemble de transposases de cette classe subit une formation en épingle à cheveux. Le site de la première entaille est marqué par un ciseau rouge en a et b, et les complexes compétents pour la transposition sont ombrés. c, Capture de cible et réaction de transfert de brin. Le site cible dans l'ADN-T, qui est dupliqué après transposition, est représenté par une échelle de paires de bases, et l'attaque nucléophile est indiquée par des flèches rouges.

Données étendues Fig. 2 Détermination de la structure du RAG STC par cryo-EM.

une, Organigramme pour le traitement des données cryo-EM. Les cartes avec des lettres rouges en gras sont utilisées pour la construction du modèle final d'un STC intact et un raffinement ciblé sans NBD et régions nonamères (STC∆NBD). b,c, Une micrographie cryo-EM représentative (b) et des classes 2D de différentes vues (c). , Une présentation en surface de la carte STC∆NBD 3.06 Å (symétrie C1). Les couleurs sont conformes à la résolution locale estimée par ResMap et la barre d'échelle de couleurs est affichée à sa droite. e, Distributions angulaires de toutes les particules utilisées pour la reconstruction tridimensionnelle finale illustrée en b. F, Les courbes FSC de la carte STC (C1). Le FSC «gold standard» entre deux moitiés indépendantes de la carte (ligne noire) indique une résolution de 3,06 Å, et la ligne bleue est le FSC entre le modèle final raffiné et la carte finale. g, FSC directionnel trace 54 de la reconstruction cryo-EM de STC∆NBD. h-k, Régions représentatives de la carte STC∆NBD 3.06 Å (surface grise transparente). Les applications de l'hélice αX (h) heptamère plus un Ca 2+ (je) L12 dans le domaine RNH (j) et l'ADN cible (k) sont affichés avec les modèles structurels finaux (dessin animé ou bâton) superposés.

Données étendues Fig. 3 La réaction de désintégration est inhibée dans les transposases de type RNH.

une,b. Similitude entre la formation en épingle à cheveux dans les HFC (une) et la désintégration en STC (b) catalysée par RAG. Les ADN sont colorés en jaune (RSS), orange (le flanc codant dans le HFC) et rose (le flanc) et violet (la cible de 5 pb) de l'ADN de forme T dans le STC. Le site actif RAG est marqué par deux cations divalents, représentés par des sphères vertes. La réaction nucléophile est indiquée par une flèche rouge. ce, Le centre de réaction de désintégration en RAG, PFV (PDB : 4BAC) et MuA (PDB : 4FCY). Dans le RAG STC (c) le nucléophile 3′-OH (dans un cercle en pointillés) est aligné pour la désintégration, mais dans le PFV STC () le nucléotide entier à l'extrémité 3' est désaligné par rapport au phosphate scissile. La direction de l'attaque nucléophile est indiquée par la flèche rouge en pointillé. Dans le MuA STC (e) le pli de 75° au niveau du site d'intégration rend l'extrémité 3' à 15,1 du phosphate scissile.

Données étendues Fig. 4 Distorsion légère de l'ADN en complexe avec Cas1-Cas2.

L'espaceur est équivalent à l'ADN du transposon en transposition (TIR ou RSS) et est coloré en jaune. La répétition est équivalente à l'ADN cible en transposition et colorée en vert. Étant donné que le site cible fait plus de 20 pb, l'ADN répété est plié doucement au milieu et loin des sites d'intégration d'ADN.


REMERCIEMENTS

S.N. remercie la Cancer Research Campaign pour le soutien apporté à ces études (Grant SP1384). Une partie de ce travail a été réalisée pendant que B.S. était un Haddow Fellow invité à l'Institut de recherche sur le cancer. B.S. est soutenu par la subvention LN00A032 du ministère de l'Éducation de la République tchèque.

A qui la correspondance doit être adressée. Tél. : +44 207 970 6043 Fax : +44 207 352 8039 Courriel : [email protected]

Figure 1. Les densités de distribution des contacts de protéines, de médicaments et d'eau trouvées dans un rayon de 3,40 à partir des atomes de base de purine N3 et de pyrimidine O2. (UNE) Densités autour de l'adénine N3 et (EH) densités autour de l'atome de thymine O2. (A et E) atomes de protéines polaires (B et F) atomes de protéines hydrophobes (C et G) protéines à médiation aqueuse entrent en contact avec (D et H) atomes de médicaments polaires. Toutes les cartes sont en stéréo.

Figure 1. Les densités de distribution des contacts de protéines, de médicaments et d'eau trouvées dans un rayon de 3,40 à partir des atomes de base de purine N3 et de pyrimidine O2. (UNE) Densités autour de l'adénine N3 et (EH) densités autour de l'atome de thymine O2. (A et E) atomes de protéines polaires (B et F) atomes de protéines hydrophobes (C et G) protéines à médiation aqueuse entrent en contact avec (D et H) atomes de médicaments polaires. Toutes les cartes sont en stéréo.

Figure 2. Les densités de distribution des contacts de protéines, de médicaments et d'eau trouvées dans un rayon de 3,40 à partir des atomes de désoxyribose O4′ dans les nucléotides puriques et pyrimidiques. (UNE) Densités autour de O4′ dans l'adénine, et (EH) densités autour de O4′ dans la thymine. (A et E) atomes de protéines polaires (B et F) atomes de protéines hydrophobes (C et G) protéines à médiation aqueuse entrent en contact avec (D et H) atomes de médicaments polaires. Toutes les cartes sont en stéréo.

Figure 2. Les densités de distribution des contacts de protéines, de médicaments et d'eau trouvées dans un rayon de 3,40 à partir des atomes de désoxyribose O4′ dans les nucléotides puriques et pyrimidiques. (UNE) Densités autour de O4′ dans l'adénine, et (EH) densités autour de O4′ dans la thymine. (A et E) atomes de protéines polaires (B et F) atomes de protéines hydrophobes (C et G) protéines à médiation aqueuse entrent en contact avec (D et H) atomes de médicaments polaires. Toutes les cartes sont en stéréo.

Figure 3. Interactions pour un motif dinucléotidique et leur modélisation chimique quantique. (UNE) Le ligand, D, donneur de liaison hydrogène, interagit avec l'atome de base A1 et le désoxyribose O4′, tous deux accepteurs. (B) Le système (A) simplifié en dimère d'eau : l'interaction entre A1 et D est supposée avoir une géométrie idéale et le D . . . La liaison hydrogène O4′ a été modélisée comme un dimère d'eau.

Figure 3. Interactions pour un motif dinucléotidique et leur modélisation chimique quantique. (UNE) Le ligand, D, donneur de liaison hydrogène, interagit avec l'atome de base A1 et le désoxyribose O4′, tous deux accepteurs. (B) Le système (A) simplifié en dimère d'eau : l'interaction entre A1 et D est supposée avoir une géométrie idéale et le D . . . La liaison hydrogène O4′ a été modélisée comme un dimère d'eau.

Figure 4. Fréquences de liaison des acides aminés arginine (ARG), asparagine (ASN), phénylalanine (PHE) et des dix-sept acides aminés restants (REST) ​​à la purine N3 et à la pyrimidine O2. Pour chaque acide aminé, les barres gris foncé à gauche indiquent le nombre de contacts d'atomes d'acides aminés polaires et les barres gris clair à droite indiquent le nombre de contacts d'atomes d'acides aminés hydrophobes, la barre supérieure indique toujours le nombre de contacts avec O2, la barre inférieure barre à N3.

Figure 4. Fréquences de liaison des acides aminés arginine (ARG), asparagine (ASN), phénylalanine (PHE) et des dix-sept acides aminés restants (REST) ​​à la purine N3 et à la pyrimidine O2. Pour chaque acide aminé, les barres gris foncé à gauche indiquent le nombre de contacts d'atomes d'acides aminés polaires et les barres gris clair à droite indiquent le nombre de contacts d'atomes d'acides aminés hydrophobes, la barre supérieure indique toujours le nombre de contacts avec O2, la barre inférieure barre à N3.

Liste des structures analysées dans cette étude

Les codes NDB pour les complexes protéine-ADN commencent par les deux lettres PD. Les codes des complexes médicament-ADN commencent par les deux lettres GD et GH.

Liste des structures analysées dans cette étude

Les codes NDB pour les complexes protéine-ADN commencent par les deux lettres PD. Les codes des complexes médicament-ADN commencent par les deux lettres GD et GH.

Le nombre d'interactions de ligands avec des atomes dans le petit sillon de l'ADN

Les nombres (colonnes 2 à 5) sont affichés sous forme de fractions de pourcentage du « nombre total de contacts » (colonne 6). Le nombre de nucléotides étudiés est indiqué dans la dernière colonne. Les nombres d'interactions base-eau-médicament et tous les G-médicaments sont négligeables et ne sont pas répertoriés. A, adénine G, guanine I, inosine T, thymine C, cytosine.

Le nombre d'interactions de ligands avec des atomes dans le petit sillon de l'ADN

Les nombres (colonnes 2 à 5) sont affichés sous forme de fractions de pourcentage du « nombre total de contacts » (colonne 6). Le nombre de nucléotides étudiés est indiqué dans la dernière colonne. Les nombres d'interactions base-eau-médicament et tous les G-médicaments sont négligeables et ne sont pas répertoriés. A, adénine G, guanine I, inosine T, thymine C, cytosine.

Géométries des sites de liaison des protéines, des médicaments et de l'eau à l'adénine et la guanine N3 [A(N3), G(N3)], la guanine N2 [G(N2)] et la thymine et la cytosine O2 [T(O2), C(O2) ]

Une distance 'd' est mesurée entre un atome de base (N3, N2 ou O2) et un atome de ligand X, un angle 'α' est défini comme C4-N3-X pour les motifs purines N3, C2-N2-X pour N2 guanine motifs et C2–O2–X pour les motifs pyrimidiques. L'angle dièdre est défini comme N9–C4–N3–X pour le motif purine N3, N3–C2–N2–X pour le motif guanine N2 et N1–C1–O2–X pour les motifs pyrimidiques. Les géométries des sites de liaison A(N3)–eau et T(O2)–eau dans l'ADN non complexé sont présentées à des fins de comparaison (19).

Géométries des sites de liaison des protéines, des médicaments et de l'eau à l'adénine et la guanine N3 [A(N3), G(N3)], la guanine N2 [G(N2)] et la thymine et la cytosine O2 [T(O2), C(O2) ]

Une distance 'd' est mesurée entre un atome de base (N3, N2 ou O2) et un atome de ligand X, un angle 'α' est défini comme C4-N3-X pour les motifs purines N3, C2-N2-X pour N2 guanine motifs et C2–O2–X pour les motifs pyrimidiques. L'angle dièdre est défini comme N9–C4–N3–X pour le motif purine N3, N3–C2–N2–X pour le motif guanine N2 et N1–C1–O2–X pour les motifs pyrimidiques. Les géométries des sites de liaison A(N3)–eau et T(O2)–eau dans l'ADN non complexé sont présentées à des fins de comparaison (19).

Nombre de motifs composites avec un atome de ligand en interaction et deux atomes de ligand en interaction

Les index (i) et (i+1) marquent les nucléotides étudiés dans un brin, x et x ± 1 marquent les nucléotides dans le support opposé. Le nombre de contacts dans les colonnes « Protéine-ADN » comprend les contacts à médiation par l'eau. Le nombre de contacts médicament-ADN médiés par l'eau est négligeable. Les contacts des complexes de liaison dimère-médicament n'ont pas été analysés pour les contacts interbrins.

Nombre de motifs composites avec un atome de ligand en interaction et deux atomes de ligand en interaction

Les index (i) et (i+1) marquent les nucléotides étudiés dans un brin, x et x ± 1 marquent les nucléotides dans le support opposé. Le nombre de contacts dans les colonnes « Protéine-ADN » comprend les contacts à médiation par l'eau. Le nombre de contacts médicament-ADN médiés par l'eau est négligeable. Les contacts des complexes de liaison dimère-médicament n'ont pas été analysés pour les contacts interbrins.

Angles de torsion du squelette de l'ADN déformés par interaction avec les protéines de la boîte TATA

Les valeurs « DNA–Asn » montrent les angles de torsion pour les nucléotides en contact avec Asn, et « DNA–Phe » montre les angles de torsion pour les nucléotides en contact avec Phe. L'« Average BI-DNA » répertorie les angles de torsion moyens pour la conformation BI, tels que calculés dans Schneider et al. (82). Les nombres entre parenthèses sont des écarts types estimés. δ = C5′–C4′–C3′–O3′, ε = C4′–C3′–O3′–P, ζ = C3′–O3′–P–O5′, χ = O4′–C1′–N9/ N1–C4/C2.

Angles de torsion du squelette de l'ADN déformés par interaction avec les protéines TATA-box

Les valeurs « DNA–Asn » montrent les angles de torsion pour les nucléotides en contact avec Asn, et « DNA–Phe » montre les angles de torsion pour les nucléotides en contact avec Phe. L'« Average BI-DNA » répertorie les angles de torsion moyens pour la conformation BI, tels que calculés dans Schneider et al. (82). Les nombres entre parenthèses sont des écarts-types estimés. δ = C5′–C4′–C3′–O3′, ε = C4′–C3′–O3′–P, ζ = C3′–O3′–P–O5′, χ = O4′–C1′–N9/ N1–C4/C2.


DISCUSSION

La conservation des séquences des sites de liaison RepA à l'origine du bactériophage P1 (Fig. 1B) est remarquablement et significativement différente de celles des activateurs et répresseurs (Fig. 1A) : les 14 sites ont complètement conservé un T exactement au milieu d'un région où il a été démontré que le petit sillon fait face à la protéine (Fig. 1B). Une explication de cette anomalie pourrait être qu'une deuxième protéine - ou RepA elle-même - se lie dans le sillon principal sur la face arrière de l'ADN, mais les travaux expérimentaux semblent avoir exclu cette possibilité (7). Une deuxième explication possible est que le TG ou TA aux positions +7 et +8 permet à l'ADN de se plier (26) à la fois dans P1 et Rts1. Alternativement, une suggestion élégante de Roberts est que RepA retourne le T après s'être lié à l'ADN (33).

Il est également formellement possible que la protéine ouvre l'ADN et insère des éléments de contact dans l'hélice. Cependant, l'hypothèse du retournement est plus simple, car la respiration de l'ADN ouvre des bases uniques plus fréquemment que plusieurs bases simultanément (104, 105). Une fois qu'une seule paire de bases a été interrompue et maintenue ouverte par des contacts spécifiques avec la protéine, d'autres bases pourraient suivre plus facilement, pour ouvrir l'hélice. J'ai donc étudié les logos de séquence d'autres sites de réplication de l'ADN et de liaison aux facteurs de transcription pour voir s'ils avaient également des signatures de conservation de séquence inhabituelles.

Les sites de liaison contenant des régions de conservation de séquence élevée séparées par ∼5 bases, c'est-à-dire où la conservation de séquence élevée est présente à la fois dans les rainures majeures et mineures sur la même face d'ADN, apparaissent non seulement sur les sites de liaison de RepA (Fig. 1B), mais également sur les sites de liaison Rts1 (Fig. 3), le réplicon P4 (Fig. 5B), d'autres systèmes de réplication plasmidiques procaryotes connexes (6) et les sites de liaison de la protéine DnaA (Fig. 5A), qui sont tous nécessaires pour la réplication à partir d'origines dans E. coli. La conservation inhabituelle de la séquence aux positions du petit sillon ne se limite pas aux procaryotes, car elle apparaît également dans l'origine humaine de l'EBV (Fig. 5C) et la levure eucaryote S. cerevisiae ARS ( 76), qui sont délimités par l'ORC (2, 106-108) (Fig. 5D). La conservation de séquences inhabituelles semble appartenir à deux classes générales : le retournement de base unique (RepA, Rts1, EBNA1) et le « retournement » de bases multiples (DnaA, P4 α, ORC). Le battement pourrait être nucléé par un seul retournement de base, mais cela ne serait pas nécessairement visible sur un logo.

EBNA1 n'est pas seulement impliqué dans la liaison à ou JeP dans le cadre du processus de réplication, mais il est également impliqué dans la ségrégation de l'ADN ( 70). Cette pléiotropie se produit également avec la protéine P1 RepA, qui est impliquée non seulement dans la réplication mais aussi dans la répression auto-transcriptionnelle et le contrôle de la réplication (6). Cela soulève la question de savoir pourquoi il existe une conservation de séquence de bases inhabituelles [+7 dans RepA, 0(+1) dans EBNA1] sur de nombreux sites si leur fonction est principalement de réplication sur quelques-uns des sites. Premièrement, ces positions font partie de la conservation globale de la séquence, donc la suppression des contacts perturberait la liaison dans une certaine mesure. Deuxièmement, il est peu probable que la structure de la protéine soit suffisamment flexible et intelligente pour faire la distinction entre les différents sites de liaison. Si l'organisme a besoin de la fonction dans un site, alors cette fonction ou action peut également être effectuée sur les autres sites par défaut. Dans le cas de RepA, tous les sites naturels ont un T à +7, mais le logo montre qu'il existe une certaine variation dans la position 0(+1) d'EBNA1. On s'attendrait à ce que la variation se situe dans des sites éloignés de l'origine, et c'est effectivement le cas, bien qu'il ne s'agisse clairement pas d'un test solide.

Pour déterminer la généralité de l'observation des bases anormales, l'analyse du logo de séquence a été étendue aux bulles de transcription d'ARN. La région -10 délimitée par E. coli σ 70 (Fig. 6A) s'est avéré avoir une signature de conservation de séquence élevée. Un pic conservé de conservation de séquence apparaît près du bord 3' de la région ouverte par la polymérase, et la transcription commence près du bord 5'. De nombreuses preuves expérimentales indiquent qu'un T à -7 est ouvert en premier lors de l'initiation de la transcription. Cette possibilité n'était pas pleinement reconnue auparavant car la création du consensus Pribnow « boîte » « TATAAT » supprime le creux qui est clairement visible dans le logo de la séquence (Fig. 6A). Une analyse de B. subtilis Les promoteurs σ D (Fig. 6B) montrent également un pic d'information élevé, mais il est proche du sillon principal et peut ne pas être significatif car le placement exact de l'onde sinusoïdale n'est pas connu. Néanmoins, sa position est bien corrélée avec les paires de bases ouvertes successivement puisqu'elle est adjacente aux deux premières bases ouvertes.

Des polyamides ont été synthétisés qui sont capables de distinguer les quatre bases dans le petit sillon de l'ADN ( 109, 110), mais des interactions comparables sans distorsion par des protéines naturelles qui produisent une conservation de séquence de 2 bits à partir du petit sillon de l'ADN de forme B n'ont pas été observé. En revanche, la conservation complète de la séquence peut être accomplie par des protéines se liant au petit sillon des structures d'ADN fortement déformées (22, 111). Il est possible que de tels contacts expliquent une partie de la conservation élevée de la séquence du petit sillon rapporté ici.Cependant, comme le montre la figure 1A, l'absence ou la rareté des bases « anormales » dans les sites de liaison de nombreux activateurs et répresseurs transcriptionnels (7, 10, 112, 113), contrairement à leur ubiquité dans les sites d'ADN liés par des facteurs protéiques connus pour ouvrir l'ADN (Figs 5 et 6), suggère que les bases « anormales » peuvent jouer un rôle critique dans l'ouverture de l'ADN.

Ces observations indiquent qu'après l'étape initiale de liaison aux protéines, la deuxième étape à la fois de la réplication de l'ADN et de la transcription de l'ARN pourrait être causée par des perturbations structurelles au niveau de bases spécifiques qui peuvent être révélées par les logos de séquence. Une possibilité probable est que, dans certains cas, la perturbation soit une ou plusieurs bases qui sortent de l'hélice d'ADN avec peu d'autre distorsion (33, 92). Dans l'article d'accompagnement, nous rapportons des tests de cette hypothèse pour le système P1 RepA (16).


Acides nucléiques de forme A et ADN Z

Trois formes différentes d'acide nucléique duplex ont été décrites. La forme la plus courante, présente dans la plupart des ADN à pH neutre et à des concentrations de sel physiologique, est la forme B. C'est la structure classique à double hélice à droite dont nous avons parlé. Un duplex droitier plus épais avec une distance plus courte entre les paires de bases a été décrit pour les duplex ARN-ADN et les duplex ARN-ARN. C'est ce qu'on appelle l'acide nucléique de forme A.

Une troisième forme d'ADN duplex a une structure hélicoïdale gauche très différente. Cet ADN Z est formé par des tronçons de purines et de pyrimidines alternées, par ex. GCGCGC, en particulier dans l'ADN surenroulé négativement. Une petite quantité d'ADN dans une cellule existe sous la forme Z. Il a été tentant de proposer que cette structure différente soit impliquée d'une manière ou d'une autre dans la régulation de certaines fonctions cellulaires, telles que la transcription ou la régulation, mais aucune preuve concluante pour ou contre cette proposition n'est encore disponible.

Différences entre les acides nucléiques de forme A et de forme B

La principale différence entre les acides nucléiques de forme A et de forme B réside dans la conformation du cycle de sucre désoxyribose. Il est dans l'endoconformation C2' pour la forme B, alors qu'il est dans l'endoconformation C3' pour la forme A. Comme le montre la figure (PageIndex<4>), si vous considérez le plan défini par les atomes C4'-O-C1' du désoxyribose, dans l'endoconformation C2', l'atome C2' est au-dessus du plan, alors que l'atome C3' est au-dessus du plan dans l'endoconformation C3'. Cette dernière conformation rapproche les hydroxyles 5' et 3' (tous deux estérifiés aux phosphates se liant aux nucléotides suivants) plus près que dans l'endoconfromation C2' (figure 2.16). Ainsi, la distance entre les nucléotides adjacents est réduite d'environ 1 Angstrom dans la forme A par rapport à l'acide nucléique de la forme B (Figure (PageIndex<4>)).

Figure (PageIndex<4>) : Syn et anti conformations de la base par rapport au sucre en nucléotides.

Une deuxième différence majeure entre les acides nucléiques de forme A et de forme B est le placement des paires de bases dans le duplex. Dans la forme B, les paires de bases sont presque centrées sur l'axe hélicoïdal (Figure (PageIndex<4>)), mais dans la forme A, elles sont déplacées loin de l'axe central et plus près du sillon principal. Le résultat est une hélice en forme de ruban avec un noyau cylindrique plus ouvert en forme de A.


Formes d'ADN

L'ADN (matériel héréditaire de la cellule) est constitué d'une longue chaîne polynucléotidique et montre une diversité structurelle en modifiant sa configuration structurelle, en fonction de divers facteurs tels que :

  • Le niveau d'hydratation
  • Concentration de sel
  • séquence d'ADN
  • Quantité et sens de superenroulement
  • Présence de bases modifiées
  • Présence d'ions métalliques, polyamines dans la solution

Formes courantes

Parmi six formes différentes d'ADN, les formes B, A et Z sont les plus courantes :

Forme B

C'est la forme la plus courante d'ADN, qui existe sous forme de droitier ADN en double hélice. Il a été lancé par Watson et Crick. La structure de l'ADN-B se forme dans des conditions physiologiques normales telles que 92% d'humidité relative et une faible force ionique.

Sur la base des études de diffraction des rayons X, l'ADN-B représente une conformation moyenne de l'ADN. La majorité de la cellule comprend un type d'ADN-B et l'enroulement de la forme B se fait selon un modèle droitier.

Les bases nucléotidiques occupent la coeur, alors que l'os sucre-phosphate occupe la région périphérique de l'hélice d'ADN. Dans le solvant, les bases présentes au bords de la forme B est exposé. La largeur de chaque paire de bases est similaire dans les deux chaînes polynucléotidiques de l'ADN.

Le diamètre de l'hélice de forme B est 20Å, et un seul tour en forme B comprend 10 paires de bases (perpendiculaire à l'axe hélicoïdal). Les bases présentent un appariement de bases complémentaire tel que A=T et G=C. Il y a un enroulement plétonémique dans la forme B, où les deux brins s'enroulent dans la même hélice.

La structure en forme de B est « asymétrique », car les rainures majeures et mineures sont présentes alternativement. Les rainures principales et secondaires sont respectivement plus larges et étroites. Dans un type B, le pli de sucre est à « C2” endoforme.

La largeur et la profondeur des rainures principales de type B sont 12Å et 8.5Å, respectivement. À l'opposé, la largeur et la profondeur des rainures mineures de type B sont et 7.5Å, respectivement.

Une forme

C'est la deuxième forme d'ADN la plus courante, également appelée ADN-A. Il a l'ADN de sens hélicoïdal droit. La structure de l'ADN-A se forme dans des conditions physiologiques normales telles que 75 % d'humidité relative et la présence d'ions sodium, potassium et césium.

L'enroulement de l'ADN-A se fait à droite. Il est métastable, c'est-à-dire qu'il se transforme facilement en forme de D. Les bases nucléotidiques sont déplacées loin du noyau et se trouvent plus près du sillon principal.

La conformation des bases en forme A donne lieu à la en forme de ruban structure avec un noyau cylindrique ouvert. L'ADN-A est considéré comme plus stable en raison d'un groupe -OH supplémentaire. La largeur de chaque paire de bases est similaire dans les deux chaînes polynucléotidiques de l'ADN avec un diamètre de 23Å.

Dans la forme A, l'inclinaison de la paire de bases est plus élevée que la forme B. Un seul tour en forme B comprend 11 paires de bases (perpendiculaire à l'axe hélicoïdal). Dans la forme A également, les deux brins sont antiparallèles ou ont un enroulement plétonémique.

Dans la forme A, le sillon principal devient plus étroit et plus profond, tandis que le sillon mineur devient plus large et aplati. Le sucre plissé ou anneau désoxyribose est présent à C3 endoconformation. La largeur de la rainure principale de type B est 2.7Å, tandis que la largeur de la rainure mineure de type A est 11.0Å.

Forme Z

C'est une autre forme d'ADN, qui diffère à la fois de l'ADN-B et de l'ADN-A. Il existe comme gaucher ADN en double hélice. Cette structure se forme sous une concentration en sel très élevée. Certaines des cellules comprennent le type d'ADN-Z, et il a été introduit pour la première fois par les trois scientifiques Riche, Nordim et Wang en 1984.

L'enroulement de la forme en Z se fait à gauche et zigzag modèle. La conformation de l'ADN-Z est longue et mince par rapport à l'ADN-B. Il montre une configuration structurelle asymétrique, qui donne naissance à la structure hélicoïdale en zigzag sans espace interne.

L'ADN-Z se forme par étirement alterné de bases purines et pyrimidines. Le diamètre de l'hélice en forme de Z est 18Å, et l'inclinaison de la paire de bases est 7 jours, ce qui est inférieur aux formes B et A. Un seul tour en forme B comprend 12 paires de bases, qui sont perpendiculaires à l'axe de l'hélice.

Dans la forme Z également, il y a un enroulement plectonémique en zigzag. Il possède des brins antiparallèles comme l'ADN-B. Dans le type Z, l'anneau de sucre ou de désoxyribose est présent au niveau du "C3» endoforme pour les bases puriques et le « C2” endoforme pour les bases pyrimidiques. La largeur de la rainure principale de type Z est , tandis que la largeur de la rainure mineure de type Z est 8.8Å.

Autres formes

Outre les formes d'ADN A, B et Z, peu d'autres types se produisent rarement :

Forme C

L'ADN-C se trouve en quantité minimale et sa configuration existe à 66% d'humidité relative avec une faible force ionique. L'hélice de l'ADN-C est tordue à droite avec un pas d'hélice de 30.97Å. Cela consiste en 9,33 paires de bases par tour.

Les deux brins d'ADN-C sont antiparallèles, contrairement à l'ADN-Z. L'ADN-C a un diamètre d'hélice de 19,0. La rotation par paire de bases est 38.6 degrés, avec une inclinaison de la paire de bases de 7.8 degrés. La taille et la forme de l'ADN-C sont plus petites que celles de l'ADN-B et de l'ADN-A.

Forme D

Dans la cellule, l'ADN-D se trouve très rarement. L'hélice de l'ADN-D est tordue à droite et appelée forme poly (dA-dT) et poly (dG-dC). La forme D se compose de 8 paires de bases par tour, qui sont déplacés vers l'arrière par rapport à l'hélice d'ADN. Les deux brins d'ADN-D sont antiparallèles l'un par rapport à l'autre. L'inclinaison de la paire de bases de l'ADN-D montre une inclinaison négative de -16.7 degrés avec une élévation axiale de 3.03Å par paire de bases.

Formulaire électronique

Dans la cellule, l'E-ADN se trouve très rarement et s'étant étendu ou ADN excentrique. L'hélice de l'E-ADN est longue et les bases sont perpendiculaires à l'axe de l'hélice. L'E-ADN se compose du grand axe profond et du petit axe peu profond. Après l'étude cristallographique aux rayons X, l'E-ADN est trouvé intermédiaire entre l'ADN-B et l'ADN-A.

PropriétésADN-AADN-BADN-ZADN-CADN-DADN électronique
sens hélicoïdalEnroulement à droiteEnroulement à droiteEnroulement à gaucheEnroulement à droiteEnroulement à droite-
Conditions d'occurrence75% d'humidité relative avec la présence d'ions comme le sodium, le potassium, le césium.92 % d'humidité relative avec la faible concentration en ionsSe produisent à une concentration en sel très élevée avec une séquence alternée de bases puriques et pyrimidiques66% d'humidité relative avec présence d'ions lithium et magnésium.--
Plan de la basePerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdal-
Rotation par paire de bases33 degrés36 degrés30 degrés38,6 degrés--
Élévation axiale par paire de bases2,563,383,713.323.03-
Diamètre de l'hélice25,52018 heures19,0--
Paires de bases par tour11 pb10 pb12 pb9,33 pb8 pb7,5 pb
Ossature de phosphate de sucreNormalNormalZigzagNormalNormal-
Inclinaison de la paire de bases19 degrés6.3 Degrés7 degrés-7.8 Degrés-16,7 degrés-
Pas d'hélice25,535,545,630,9--
Grand sillonRainure principale étroite et profondeGrand sillon large et profondRainure principale plate---
Petit sillonPetit sillon large et profondPetit sillon étroit et profondPetit sillon étroit et profond---
Plissement de sucreC3 – endoconformationC2 – endoconformationC3 – endoconformation pour les purines et C2 – endoconformation pour les pyrimidines---

Facteurs influençant le changement conformationnel

Le changement de conformation de l'ADN double hélice en différentes formes dépend principalement des trois facteurs suivants :

  1. Conditions physiologiques: L'humidité et l'environnement ionique ou d'hydratation favorisent le changement de conformation de l'ADN.
  2. séquence de bases d'ADN: C'est le facteur le plus crucial, qui décide de la forme, de la taille, de l'enroulement et d'autres propriétés structurelles de l'ADN.
  3. Présence et liaison de protéines: Une protéine se lie à la conformation hélicoïdale de l'ADN et change sa structure en différentes formes. Par exemple, une protéine peut se lier à l'ADN-B et changer la conformation en formes A ou Z.

Les trois facteurs ci-dessus influencent principalement l'ADN et le rendent variante structurelle. Par conséquent, nous pouvons conclure que la structure en double hélice de l'ADN n'est pas uniforme et peut varier dans différentes conditions physiologiques prévues.


Conférence 6 : Acides nucléiques

Dans cette dernière conférence de l'unité de biochimie, le professeur Imperiali couvre les nucléotides et les acides nucléiques, discutant de leurs structures et de leur importance en tant qu'unités fondamentales pour le stockage et le transfert d'informations.

Instructeur: Barbara Impérial

Conférence 1 : Bienvenue Introduction.

Conférence 2 : Liaison chimique.

Conférence 3: Structures d'Am.

Conférence 4 : Enzymes et méta.

Conférence 5 : Glucides an.

Conférence 9 : Remode de la chromatine.

Conférence 11 : Cellules, le Simpl.

Conférence 16 : ADN recombinant.

Conférence 17 : Génomes et ADN.

Conférence 18 : SNPs et Humain .

Conférence 19 : Cell Traffickin.

Conférence 20 : Signalisation cellulaire .

Conférence 21 : Signalisation cellulaire .

Conférence 22 : Neurones, Action.

Conférence 23 : Cycle cellulaire et .

Conférence 24 : Cellules souches, Apo.

Conférence 27 : Visualiser Lif.

Conférence 28 : Visualiser Lif.

Conférence 29 : Cell Imaging Te.

Conférence 32 : Maladie infectieuse.

Conférence 33 : Bactéries et An.

Conférence 34 : Virus et fourmis.

Conférence 35 : Reproduction Cl.

BARBARA IMPERIALI : Nous avançons donc. Le cours 6 est le dernier des cours de biochimie. Nous allons parler de nucléotides et d'acides nucléiques. Et vous comprendrez ces termes dans un instant. Je vais vous les clarifier.

Mais c'est un formidable tremplin vers la prochaine partie de la classe. Je vous montre donc quelques images ici. Je vais vous en montrer à nouveau certains dans un moment où nous parlerons de la compréhension de la structure non covalente de l'ADN, qui est si critique pour comprendre le stockage et le transfert d'informations.

Mais pour l'instant, jetons un coup d'œil rapide vers l'avant. Après cette section, je vais couvrir la biologie moléculaire, donc comment passer de l'ADN à l'ARN à la protéine. Et puis le professeur Martin prendra le relais avec les structures et fonctions de base des cellules puis la génétique.

Mais pour tout cela, nous aurons besoin d'acides nucléiques. Et je vais vous expliquer pourquoi ici. Ainsi, les acides nucléiques forment des unités fondamentales pour le stockage de l'information, le stockage. Et c'est l'ADN qui est dans notre noyau et dans nos mitochondries, puis le transfert d'informations.

Et si j'ai un peu de temps à la fin, j'ai trois ou quatre diapositives rapides que vous n'avez pas sur votre document parce que c'est en quelque sorte un sujet flottant sur l'utilisation de l'ADN et de l'informatique basée sur l'ADN, parce que c'est un structure nanométrique que l'on peut programmer pour faire différentes choses. Et je pense que vous pourriez apprécier ça.

Donc, dans cette image des composants et ce qu'on appelle le dogme central, c'est comment l'ADN est converti en ARN messager, qui, grâce à l'ARN de transfert et à l'ARN ribosomique, nous obtenons des protéines. Les éléments clés sur cette diapositive sont l'ADN, l'ARN messager, l'ARN ribosomique et l'ARN de transfert. Et ceux-ci sont tous constitués de nucléotides rassemblés en polymères qui sont des acides nucléiques. Alors évidemment, nous avons vraiment besoin de déchiffrer les structures de ceux-ci et de comprendre comment la structure informe le fonctionnement.

Rappelez-vous, nous l'avons fait pour les protéines. Nous l'avons fait pour les phospholipides. Nous y avons pensé très brièvement pour les glucides. Mais ce que je veux vraiment vous souligner avec la quatrième de ces macromolécules, c'est de voir comment le dernier composant de la structure de la biomolécule informe vraiment la fonction. Et c'est vraiment cool de penser à la façon dont c'est fait.

Alors, comment cette structure moléculaire chimique est-elle quelque chose que nous pouvons comprendre du point de vue de la fonction ? Donc, ce que nous devons faire, tout d'abord, c'est réfléchir à ce que sont les nucléotides et comprendre leur structure afin que nous puissions aller de l'avant pour comprendre comment ils s'assemblent pour construire ces macromolécules. Ils sont tellement essentiels et essentiels dans la vie pour programmer la biosynthèse de nos protéines.

Et maintenant, nous comprenons de plus en plus non seulement cela, mais aussi comment l'ARN, et non l'ADN, est impliqué dans un grand nombre de processus de régulation. Donc ce n'est pas seulement de l'ADN, l'ADN double brin va à un messager, et ainsi de suite. De plus, une grande partie de la régulation se produit à cause de nombreux autres acides nucléiques qui se trouvent dans la cellule.

Je vais donc y aller parce que je veux décrire les composants composites des nucléotides afin que nous comprenions leur structure et leurs propriétés. Alors, que sont les nucléotides ? Et vous regardez ces structures au tableau. Ils ont l'air un peu compliqués. Alors laissez-moi les déconstruire pour vous. Cela rendra la vie beaucoup plus facile.

Ce sont donc deux blocs de construction familiers et un nouveau. Les éléments constitutifs familiers sont donc avant tout les glucides. Ainsi, le glucide clé dans l'acide nucléique est un sucre pentose à cinq carbones, qui ressemble à ceci. Vous pouvez compter les carbones, 1, 2, 4, 5 et 5. Et vous pouvez vous rassurer tout est là par rapport aux carbones en traduisant ce dessin ligne-angle en un dessin où vous mettez tous les hydrogènes et vous savez où tout est.

Il existe deux types de pentoses à cinq carbones qui sont utilisés dans l'acide nucléique. Ce sont le ribose, qui est montré ici avec tous les OH sur tous ces carbones, et deux désoxyribose, qui est un élément constitutif de l'ADN, tandis que le ribose est un élément constitutif de l'ARN. Que dois-je te dire d'autre ?

Vous verrez cela plus tard. Ce sucre ribose finit par être connecté à ce que l'on appelle les nucléobases. Vous n'avez pas nécessairement besoin de les dessiner, car vous les avez sur votre document pour y mettre des croquis. Alors je les mets au tableau pour ne pas avoir à rester ici et à les dessiner pour vous. Et je veux expliquer certaines choses.

Donc les bases nucléiques dans le système de numérotation - et je vais continuer à le répéter pour que vous vous familiarisiez avec ça - numérotez les carbones 1 à travers ce que c'est, ou plutôt, les numéros d'atome lorsque vous vous promenez l'anneau. Ainsi, lorsque nous parlons du composant ribose, ils ont ce qu'on appelle un système de numérotation premier pour le différencier du système de numérotation dans les riboses. Ce serait donc 1 premier, 2 premiers, 3 premiers, 4 premiers et 5 premiers.

Pourquoi donc? Cela devient incroyablement important lorsque nous parlons de l'assemblage de polymères d'ADN et de la direction dans laquelle l'ADN est assemblé dans la vie, et aussi, même lorsque nous décrivons le 2-désoxyribose, ou un ribose, car cela s'appellerait 2 premiers désoxyribose dans le noyau nucléique. acide.

Je vais donc vous ennuyer avec ce système de numérotation parce que je vais commencer à l'utiliser très couramment. Et cela aura beaucoup de sens lorsque nous commencerons à assembler la macromolécule d'ADN lorsque nous parlerons de la façon dont elle est construite, dessinée et écrite. Le système de numérotation sera important car nous ferons constamment référence à 5 premiers et 3 premiers. C'est juste un petit aperçu pour plus tard.

Le prochain composant de l'acide nucléique est un phosphate. Le phosphore ressemble à ceci. Mais dans le nucléique, dans les nucléotides, ceux-ci sont liés à d'autres unités sous forme de phosphoesters. Mais vous voulez vous rappeler que dans le phosphore, vous avez 1, 2, 3, 4, 5 liaisons au phosphore, et vous avez généralement une charge négative sur l'un de ces oxygènes. Et dans la structure de l'ADN, vous avez en fait des phosphates sous forme de phosphodiesters. Et vous, encore une fois, vous le verrez quand nous verrons la structure intacte de l'ADN.

Alors, que sont les nucléotides ? Les nucléotides sont une combinaison d'un glucide ou d'un sucre, d'un phosphate et d'une nucléobase. C'est le troisième élément, celui que nous allons apprendre maintenant. Les nucléobases ressemblent donc à ceci. Il existe deux familles, deux saveurs de nucléobase. Il y a une saveur - nettoyons-la un peu ici - qui a deux anneaux. Et il a le nom plus court, purine.

Et il y a une famille ou une saveur différente de nucléobases qui a un anneau, et il a le plus grand nom. Et c'est, à ce jour, la façon dont je me souviens des purines et des pyrimidines. Petit nom, grande structure grand nom, petite structure. Si cela vous est utile, allez-y. Utilise le. Je ne l'ai pas breveté ou quoi que ce soit.

Ainsi, dans les acides nucléiques, il existe deux purines différentes. Ils sont connus sous le nom d'adénine et de guanine. Vous n'avez pas besoin de connaître ces structures. En fait, je ne connais que mes trois favoris sur les cinq pour dessiner facilement. Et les deux autres, je trébuche toujours autour du ring. Alors ne t'inquiète pas pour ça. Nous apprenons tous à connaître ceux avec qui nous travaillons tous les jours. Pour moi, c'est de l'uracile, c'est de l'adénine, et c'est de la cytosine, mais pas les autres.

Mais ce que vous devez comprendre, c'est un peu leurs structures. Parce que lorsque nous commençons à parler de la structure non covalente des acides nucléiques, principalement de l'hélice double brin de l'ADN, nous devons savoir où se trouvent les donneurs et les accepteurs de liaisons hydrogène dans ces structures. Alors si vous voulez me faire plaisir, vous pouvez jeter un œil à ces structures.

Cet hydrogène serait un donneur. Vous pouvez voir que c'est un hydrogène sur un azote. Cet azote est intéressant. Il a 1, 2, 3 liaisons à l'azote, ce qui signifie qu'il y a aussi une seule paire d'électrons sur ce système d'anneaux. Ce serait donc un accepteur de liaison hydrogène. Et la nucléobase d'adénine peut accepter et donner une paire de liaisons hydrogène.

Et vous pouvez travailler cela pour tous les autres. Donc dans la guanine, il y a un accepteur, un autre accepteur, et un donneur, et ainsi de suite. Donc, ces anneaux dans les bases nucléiques sont très importants car ils ont des endroits auxquels vous pouvez créer une liaison hydrogène.

Maintenant, est-ce que tout le monde se sent à l'aise avec ça ? Est-ce que quelqu'un veut me poser une question qui pourrait aider à clarifier, parce que c'est assez... ouais, avez-vous une question ?

PUBLIC : [INAUDIBLE] Qu'est-ce que l'uracile [INAUDIBLE] ?

BARBARA IMPERIALI : Qu'est-ce que... désolé ?

BARBARA IMPERIALI : Uracil. Ce sont tous-- désolé. Toutes ces nucléobases ont des noms fantaisistes. Donc, jusqu'à présent, je vous ai montré la structure de l'adénine, de la guanine, de la cytosine et de la thymine. L'uracile, qui n'est pas dessiné au tableau, est très similaire à la thymine, sauf que ce groupe méthyle est un hydrogène.

Connaître les noms est également compliqué. Je tiens vraiment à ce que vous compreniez les motifs de liaison hydrogène non pas pour dessiner les structures entières, mais pour identifier les motifs de liaison hydrogène pour ne pas mémoriser les noms fantaisistes, car il n'y a aucune logique à ces noms mais vraiment, se souvenir du ribose, du désoxyribose, du phosphate et des phosphodiesters , purines et pyrimidines, juste leur taille pour les distinguer. Cela a-t-il un sens, ce que je veux que vous sachiez et ce dont vous pouvez vous souvenir si vous pensez que c'est intéressant ?

Maintenant, dans la nature, nous utilisons les éléments constitutifs des nucléotides ou les nucléotides de différentes manières. Ce n'est pas seulement dans l'ADN et l'ARN. Et donc ici, je vous montre quelques nucléotides vraiment importants que l'on trouve dans la nature. Et je vais vous donner quelques informations sur leur signalisation.

Voici donc les composants que vous pouvez choisir. Il y a, dans ce cas, un sucre ribose. Dans ce cas, c'est du phosphate, mais c'est un triester de phosphate. Il y a donc trois phosphates d'affilée.

Et voici une nucléobase, qui est une purine. Et c'est l'adénosine triphosphate. C'est donc l'une des bases, l'un des nucléotides utilisés dans l'énergie, le transfert d'énergie. Dans de nombreux processus métaboliques, nous utilisons l'ATP comme une molécule dont l'énergie peut être débloquée pour les processus chimiques.

Il y en a un autre, qui est la guanosine triphosphate, où la nucléobase est différente. Ce sont toutes les deux des purines, mais elles ont des structures différentes. Vous pouvez les voir là-bas.

Et puis enfin, le dernier que je vous montre ici est un nucléotide qui a un phosphate cyclique. Mais il a toujours une nucléobase, un ribose et un phosphate. Et c'est l'AMP cyclique. Et quand nous reviendrons après l'intervention du professeur Martin, nous parlerons du rôle de l'AMP cyclique en tant que second messager.

Ainsi, ces deux molécules, en plus d'être des éléments constitutifs de l'ADN et de l'ARN, sont également des formes d'énergie où vous pouvez utiliser l'ATP ou le GTP comme forme d'énergie dans de nombreux processus métaboliques. Et en fait, cependant, lorsque nous commençons à construire des protéines à l'aide du système ribosomique, vous remarquerez que nous utilisons le GTP comme forme d'énergie, pas l'ATP. C'est intéressant de voir comment la nature choisit de faire cela. Des questions à ce sujet ?

Il reste une petite ride à gérer, et c'est un peu plus sur ces éléments constitutifs de l'acide nucléique, et un autre élément dont il est utile de comprendre le nom. Voici donc les cinq nucléobases, deux purines et trois pyrimidines. Dans l'ADN, nous avons AT, G et C, donc A, T, G et c.

Nous avons donc des blocs de construction différents. Trois sont communs aux deux polymères. L'un est différent. L'uracile et la thymine sont échangés lorsque vous passez de l'ADN à l'ARN. Les pyrimidines sont la cytosine, l'uracile et la thymine.

Et dans l'ARN, vous avez un AU, un G et un C. Il y a donc des raisons à ces différences, et j'aborderai certaines de ces différences chimiques dans un instant. Donc, les informations là-haut sont les mêmes que celles que j'ai sur ce tableau.

La prochaine chose dont je dois vous parler est que nous utilisons très couramment le terme, ou deux termes, nucléoside et nucléotide. Est-ce que c'est irritant ? Le nucléoside est juste le ribose plus la nucléobase, mais pas de phosphates. Dès que vous mettez des phosphates, ils deviennent des nucléotides.

Ainsi, par exemple, la nucléobase, le ribose, et dans ce cas, un phosphate dessus. Et cela devient un nucléotide. Peu importe le nombre de phosphates qu'ils contiennent, cela s'appelle un nucléotide.

Je suis moins inquiet que vous vous souveniez de cette nomenclature, plus que vous sachiez de quoi il s'agit, car sinon, cela pourrait devenir un peu déroutant. Alors souviens-toi, si tu peux t'en souvenir. Mais je pense avoir essayé de définir les choses dont je voudrais que vous vous souveniez - les blocs de construction, le système de numérotation, les liaisons phosphodiester et les bases nucléiques, pour comprendre où se trouvent les donneurs et les accepteurs pour la liaison hydrogène.

Et il y a une chose. Nous appelons donc cela un nucléoside, alors que nous l'appelons un nucléotide lorsqu'il inclut les phosphates. Et il y a une chose que vous voulez remarquer, c'est que la liaison de la nucléobase au ribose est une liaison glycoside. C'est un lien avec un glucide.

C'est pourquoi on l'appelle une liaison glycoside. Il existe des glycosidases qui clivent la liaison de la base au sucre. Ceux-ci sont très importants lorsque nous avons des mutations dans notre ADN, et nous voulons couper le sucre pour le réparer afin qu'il ne soit pas mal interprété dans la biosynthèse de l'ADN, dans la biosynthèse de l'ARN messager.

Ce lien est donc important. Nous pouvons souvent en parler, mais seulement lorsque nous apprenons comment les séquences d'ADN sont corrigées s'il y a des erreurs dans ces séquences. Et ce sera plus tard.

Commençons donc maintenant à regarder les polymères. Maintenant, je veux vous dire qu'au début des années 1900, les gens connaissaient à peu près la structure, la structure non covalente de l'ADN. Et je vais vous le décrire maintenant.

L'ADN est composé de nucléotides. Et c'est sa structure de base, où vous avez un squelette phosphodiester reliant les riboses, et chacun de ces ribosomes est modifié avec une purine ou une pyrimidine. Et c'est la structure de base d'un polymère d'acide nucléique, seulement c'est très, très, très, très long.

Voyons donc les composants ici. Regardez les obligations. Et peut-être que sur vos notes, surlignez simplement les liens et certaines des choses dont je vais parler.

Donc tout d'abord, le système de numérotation ici, on parle toujours d'un acide nucléique. Et nous décrivons la séquence de l'acide nucléique sur la base de 5 prime à 3 prime. Parce que les liaisons phosphodiester rejoignent les 5 premiers - il devrait y en avoir un certain nombre - et les 3 sites premiers. Donc, la liaison serait ici, serait 5 premiers et 3 premiers se joignant aux molécules de ribose.

Donc, l'architecture de cet acide nucléique est un polymère qui comprend un squelette phosphodiester lié par des esters phosphates - c'est 1 ester phosphate qui est l'autre - sur deux des OH du sucre ribose. Lorsqu'il s'agit d'ADN, il n'y a pas de groupe OH sur ce site carboné. Ce serait le site 2-prime.

Vous pouvez voir... vous pouvez voir directement que c'est de l'ADN. La séquence est alors définie par ce qu'est ici l'identité de la base. Ce serait donc la guanine, l'adénine, la thymine sur cette séquence.

Maintenant, par convention, si nous écrivons cette séquence, la façon dont les séquences sont écrites est de 5 premiers à 3 premiers. Donc, si je regarde ça, je pourrais la nommer comme une séquence A, G, T, car nous écrivons toujours les séquences 5 premiers à 3 premiers. Nous pouvons nous en souvenir plus tard parce que nous construisons également des séquences 5 premiers à 3 premiers.

Il existe donc des conventions en biologie et en biochimie. Vous voulez vous rappeler que par convention, nous écrivons les peptides N terminaux à C terminaux. Mais nous les construisons aussi de N à C. C'est pourquoi la convention est forte, et il est bon de s'en souvenir, car cela peut vous éviter bien des ennuis si vous vous souvenez de ces choses.

Maintenant, lorsque nous construisons un polymère d'ADN, nous cultivons cette séquence. Vous verrez la biochimie de toute cette polymérisation dans le prochain cours. C'est incroyablement cool de voir comment tout le contenu d'une cellule, l'ADN, peut être répliqué dans des délais incroyables, mais tout au long de la croissance de ces chaînes de 5 premiers à 3 premiers.

Ainsi, lorsque nous ajoutons un autre bloc de construction, nous enlevons une molécule d'eau. C'est donc une réaction de condensation. Et nous formons une nouvelle liaison phosphodiester. Ainsi, dans la biosynthèse de l'ADN, vous continuez à ajouter de nouveaux nucléotides à l'extrémité 3 premiers. Il y a une raison chimique à cela.

Lorsque nous construisons de l'ADN, nous ne nous contentons pas de rassembler les deux groupes. Nous venons plutôt avec un triphosphate et utilisons ce triphosphate activé comme nouveau bloc de construction. Et tu élimines le triphosphate. Et vous le verrez lorsque nous parlerons de synthèse d'ADN.

Mais ce que je veux que vous vous rappeliez ici, c'est qu'il s'agit d'une autre réaction de condensation. Nous en avons parlé lors de la fabrication des peptides. Nous en avons parlé lors de la fabrication de polymères glucidiques. Et maintenant, nous assistons, une fois de plus, à une réaction de condensation pour produire un polymère d'acide nucléique.

Maintenant, le dernier terme qui mérite d'être mentionné est le mot acide nucléique. Ça parles de quoi? Je ne vois aucun acide carboxylique. Il s'avère que les polymères de l'ADN sont très acides car le groupe OH sur ces squelettes phosphodiester est très acide. Alors vous abandonnez H plus. Et c'est dans sa forme la plus stable en tant que O moins. Donc quand

L'ADN a d'abord été isolé, il a été isolé des globules blancs en isolant le noyau. Et on a découvert que c'était un matériau très acide emballé dans le noyau. C'est pourquoi on l'appelait acide nucléique, acides dans le noyau. Avant même que les gens ne comprennent quoi que ce soit à la composition, elle a reçu ce nom, acide nucléique. Alors on parle de polymères de nucléotides, on les appelle acides nucléiques.

Ensuite, en ce qui concerne l'écriture de nos séquences, nous pourrions les écrire de cette manière. Donc pdGATC. Ce serait cette structure. Que signifient tous les petits P et D supplémentaires ?

Le P signifie s'il y a un phosphate à cette extrémité. Le D signifie s'il s'agit d'un sucre désoxy comme élément constitutif. Aller jusqu'à l'autre bout, il n'y a pas de petit p à l'autre bout. Cela signifie donc que OH est gratuit. Est-ce que tout le monde comprend cette écriture sténographique?

Il y a une autre façon pour moi de savoir que c'était de l'ADN sans avoir besoin de mettre du désoxy sur chacun des éléments constitutifs. Est-ce que quelqu'un sait comment je sais immédiatement que c'est un bout d'ADN ? Oui?

BARBARA IMPERIALI : Oui, il n'y a pas d'uracile, et il y a de la thymine à la place. Donc en principe, tant qu'il y a un T là-dedans, vous savez que c'est de l'ADN. Tant qu'il y a un U là-dedans, tu sais que c'est de l'ARN.

Parlons maintenant de la structure non covalente, parce que je pense vraiment que c'est la partie la plus excitante de toute cette entreprise parce que la structure covalente ne nous permet vraiment pas de comprendre comment l'ADN stocke les informations pour construire des protéines. Cela ne nous dit pas grand-chose à ce sujet. Cela ressemble à un polymère cool, mais nous ne pouvons pas vraiment comprendre les détails en ne regardant pas la covalence de la structure non covalente.

Il y avait donc une information clé, et elle s'appelle les données de Chargaff. Et cette information scientifique a fait le tour de la communauté scientifique au début des années 50 parce qu'elle semblait incroyablement importante. Et quelles étaient les données de Chargaff, il a collecté toutes sortes d'organismes, puis leurs noyaux, et ensuite mesuré - ou leur ADN - et ensuite mesuré le rapport entre les purines et les pyrimidines.

Il a mesuré le rapport des grands et des petits des nucléobases. Alors combien d'entre eux par rapport à combien d'entre eux ? Et ce qu'il a découvert en examinant tous les organismes de tous les domaines de la vie, c'est qu'il y avait un rapport de un à un de purine à pyrimidine.

Cela est donc devenu très intéressant, car ce que cela suggérait était que d'une certaine manière, la structure non covalente des acides nucléiques avait une certaine corrélation entre le nombre de purines et le nombre de pyrimidines. Et ce que vous pouvez imaginer, c'est qu'il semble que nous apparions toujours un petit avec un grand en regardant ce nombre. Donc c'est vraiment, vraiment important parce que c'est comme l'ampoule qui s'est allumée en ce qui concerne la compréhension de la structure de l'ADN double brin.

Ainsi, malgré toutes sortes de variations, certains organismes ont beaucoup plus de GC. Certains ont plus d'AT. Mais quoi qu'il en soit, le rapport est toujours de un pour un. Et cela a finalement conduit à comprendre la structure non covalente de l'ADN double brin, car elle a fourni des indices sur la façon dont il pourrait y avoir une manière dont l'information était codée, mais pourrait ensuite être répliquée.

Maintenant, la prochaine chose qui est devenue la clé de la structure de l'ADN double brin est venue d'une chercheuse très talentueuse, Rosalind Franklin, qui est malheureusement décédée bien avant son cancer de l'ovaire, vraiment, en grande partie parce qu'elle a passé beaucoup de temps près des faisceaux de rayons X. Cela aurait donc causé des mutations dans son ADN.

Et elle a développé un moyen de fabriquer des fibrilles d'ADN suffisamment ordonnées pour collecter des données de diffraction électronique. Et ces données de diffraction ont en fait donné un indice sur certaines des dimensions de la structure de l'ADN double brin. Et c'était en fait l'indice qui indiquait l'espacement entre les brins d'ADN. C'était donc vraiment une information dont vous ne pouviez tout simplement pas vous passer.

Avec les données de Chargaff et avec ça, ce qu'on appelait la photographie 51, ça vous a vraiment donné l'indice. Et c'est vraiment au cours de ces années que Watson et Crick construisaient désespérément des modèles pour essayer de comprendre la structure non covalente de l'ADN. Et une fois qu'ils avaient ces deux informations, ils pouvaient en fait assembler des modèles fabriqués à la main.

Cela a l'air un peu maladroit, mais je connais la pièce dans laquelle ils ont pris cette photo de mes années à Caltech. En fait, je peux reconnaître la pièce. Ils ont construit non seulement de petits modèles moléculaires minuscules, mais de grands modèles moléculaires afin qu'ils puissent faire des mesures pour dire, les données de diffraction m'ont dit que c'était à plusieurs nanomètres d'intervalle. Et ils ont pu reconstituer la structure de l'ADN double brin.

Mais je ne vous ai toujours pas montré comment ces deux volets se rejoignent. C'est vraiment intriguant, parce qu'à la même époque, Linus Pauling, avait très bien travaillé avec la structure de l'hélice alpha et des protéines, essayait également de comprendre la structure de l'ADN. Mais il a proposé une sorte de structure folle où il pensait qu'il s'agissait d'une structure à trois brins où les bases ressortaient en fait, et d'une manière ou d'une autre, cette structure à trois brins codée pour la réplication de l'ADN.

Maintenant, il y a une tonne de choses qui sont vraiment horribles à propos de cette structure. Tout d'abord, c'est un triple brin. Mais l'autre chose terrible est qu'il y a tellement de phosphates dans l'épine dorsale qu'il y aurait eu une répulsion électrostatique massive. Ces séquences voudraient se faire exploser parce que vous ne pouvez pas entasser autant de négatif au même endroit.

Mais c'était vraiment une sorte intrigante de phénomènes sociologiques de l'époque. Pauling était un grand pacifiste, et il était vraiment, vraiment actif dans le désarmement nucléaire. Et ils ont dit que son esprit n'était tout simplement pas sur certaines de ces choses et que ce modèle est sorti de lui en se souciant vraiment d'autres choses et ne se concentrant pas sur la structure de l'ADN.

Essayons donc d'expliquer les données de Chargaff en examinant les bases nucléiques et en réfléchissant à la façon dont elles pourraient se réunir. Alors ici, je vous montre les structures des quatre nucléobases de l'ADN. Partout où j'ai un R, vous pouvez supposer que cela fait partie. C'est un ribose qui fait partie du squelette phosphodiester. Ce que nous voulons comprendre, c'est comment les nucléobases se réunissent pour former une sorte de paire qui pourrait être utile pour programmer leur resynthèse ?

Je les ai donc tous dessinés ici, mais ce n'est pas tout à fait intuitif. Je dois faire un peu de retournement pour mieux aligner les choses. Et l'autre chose que je dois faire est de mettre les choses sous les bons angles afin que vous puissiez commencer à voir comment ces bases pourraient se réunir, car les données de Chargaff dictent que vous avez une purine et une pyrimidine, purine pyrimidine. Vous avez un appariement entre les bases nucléiques de votre ADN double brin dans une structure qui ressemble plus à ceci.

Et dans chaque cas, vous avez associé une purine et une pyrimidine. Donc, ce que je veux que vous fassiez, c'est jeter un œil. Je vous ai montré maintenant où sont les donateurs et les accepteurs. Vous pouvez revenir en arrière et faire cela pour toutes les bases nucléiques. Mais je vais le faire pour vous tout de suite, en vous montrant les donneurs et les accepteurs de liaisons hydrogène au sein de ces structures, ce que j'ai fait c'est que je les ai magnifiquement alignés pour qu'ils se regardent droit l'un sur l'autre, donc vous peut dire qu'il existe une complémentarité entre une purine et une pyrimidine qui fait une très belle liaison hydrogène, qui est la force non covalente qui est très importante.

Entre G et C, je peux établir trois liaisons hydrogène. Entre A et T, je ne peux établir que deux liaisons hydrogène. Ainsi, la purine est complémentaire de l'une des pyrimidines. Une purine est complémentaire de l'une des autres pyrimidines.

Et puis nous pouvons dessiner ces liaisons hydrogène en place. Cela explique totalement la mesure à partir des données Franklin de la distance, la largeur de l'hélice double brin, car elle est identique pour ces deux options de paires de bases. Et cela vous donne la structure qui forme la structure non covalente de l'ADN, qui est une série d'interactions où la ligne continue est l'épine dorsale du phosphodiester, mais qui dépassent comme les marches d'un escalier en colimaçon sont les bases, où chaque base est complémentaire d'un spécifique. socle supplémentaire. Il prédit donc le ratio de Chargaff, et il prédit aussi les distances.

Maintenant, dans toute la construction du modèle, il est devenu assez clair que la structure, la structure non covalente de l'ADN, était assurée par des brins antiparallèles, où un brin allait dans une direction, 5 premiers à 3 premiers, et l'autre brin allait dans le sens opposé. direction, 5 premiers à 3 premiers. Lorsque nous commencerons à répliquer l'ADN, nous verrons que c'est assez pratique. Mais thermodynamiquement, c'est aussi l'orientation privilégiée.

Voyons donc l'orientation. Là où vous dessiniez un brin d'ADN, 5 premiers à 3 premiers, maintenant j'ai tout ramené au niveau du dessin animé.Ce sont les phosphates diesters, les riboses, l'extrémité 3 prime et l'extrémité 5 prime et les bases qui se détachent au niveau du carbone 1 prime. Et puis, lorsque vous l'associez à un autre brin, un brin va dans une direction. 5 prime-- whoa, je ne sais pas pourquoi cela se comporte mal, 5 prime, whoops-- 5 prime à 3 prime. L'autre brin va dans l'autre sens, 5 prime à 3 prime.

Et lorsqu'on m'a posé cette question il y a quelques années, je ne pouvais pas vraiment l'expliquer très bien. J'ai juste dit que ça devait être parce que ça l'a toujours été. Mais ce qui est vraiment cool, c'est que les gens ont pu résoudre la structure cristalline d'une paire parallèle de brins d'ADN. C'est donc l'ADN canonique, la belle structure antiparallèle. Et c'est très régulier, très, très régulier.

Il s'avère, cependant, que lorsque vous essayez de coupler les deux brins dans une orientation parallèle, ils sont très inconfortables et beaucoup moins stables. Ainsi, l'orientation antiparallèle est très importante pour la stabilité thermodynamique et l'interaction optimale des liaisons hydrogène de toutes ces bases qui s'apparient. C'est donc en fait ce que la nature privilégie parce qu'elle est plus stable. Des questions?

Et ça, c'est sur vos diapositives. Mais vous pouvez voir à quel point l'ADN régulier semble si organisé, alors que l'antiparallèle, l'un, le parallèle, ne vous offre vraiment pas du tout de bonnes interactions de liaison hydrogène. Alors laissez-nous maintenant -- donc ce que nous avons fait maintenant, c'est que nous comprenons la structure de l'ADN, la structure non covalente et covalente de l'ADN. Nous comprenons que c'est antiparallèle.

Ce que nous allons faire dans le cours suivant, c'est montrer comment vous pouvez séparer ces structures antiparallèles pour créer des structures non appariées. Et vous pouvez utiliser chacun d'eux comme modèle pour la synthèse d'un nouveau brin d'ADN. Ainsi, vous pouvez obtenir deux fils doubles filles à partir d'un double fil monoparental. Et tout cela vient de la compréhension de la structure.

Maintenant, ce que je veux faire, c'est vous déplacer très brièvement vers la structure de l'ARN et comparer les structures de l'ADN et de l'ARN, car il y a quelques différences. Voyons donc quelles sont les différences. J'ai ceci écrit. Et les différences sont très importantes pour les propriétés fonctionnelles.

Donc ADN, ARN. Tout d'abord, évidemment, le désoxyribose, le ribose. Et vous pouvez aller, pourquoi, pourquoi, pourquoi la nature est-elle si compliquée ? Pourquoi ai-je ce fait supplémentaire à retenir sur l'ARN par rapport à l'ADN ?

Et c'est vraiment incroyable que la différence entre avoir cet hydroxyle sur la position 2 principale et ne pas se produire, ne pas l'avoir, fait d'énormes différences pour la stabilité du polymère. Les ARN se décomposent très, très facilement. Les ADN sont stables pendant toute la durée de vie d'une cellule, tous parfaits dans le noyau ou au niveau des mitochondries. Ils restent intacts.

Il y a donc une différence de stabilité entre les deux sucres. Parce que l'ADN doit être l'endroit où vous stockez votre matériel génétique, il doit rester bon, alors que l'ARN est le message que vous faites de manière transitoire pour programmer une protéine en cours de fabrication, et ensuite vous voulez vous en débarrasser. Nous avons donc besoin des différences de stabilité qui proviennent de cette petite fonctionnalité.

ATGC-- il y a la différence-- AUGC dans les bases. L'ADN le plus courant est l'ADN double brin, alors que l'ARN forme diverses structures, des structures bien plus irrégulières que l'ADN, probablement en partie parce que le ribose est substitué différemment. Ainsi, ce brin continu de matériel double brin n'est pas aussi stable dans l'ARN.

Nous trouvons l'ADN principalement sous forme d'ADN double brin. Mais l'ARN que nous trouvons sous forme d'ARN de transfert, d'ARN messager, d'ARN ribosomique - cela dure indéfiniment - de courts ARN interférents. Ainsi, divers ARN sont utilisés à de nombreuses fins, alors que l'ADN reste principalement sous forme d'ADN double brin. Il y a un peu d'ARN double brin, mais c'est un précurseur de certaines de ces autres formes d'ARN.

Donc, cette diapositive résume juste une partie de cela pour vous, les différences comparant l'ADN et l'ARN. Et donc ce que nous verrons plus tard, c'est comment l'ARN se prête à ces structures intéressantes où vous avez encore quelques appariements de bases, mais vous avez beaucoup de boucles et de virages et une diversité de structure. Et c'est vraiment en quelque sorte l'origine de ce monde d'ARN, où les structures d'ARN n'étaient pas – pourraient avoir une variété de formes qui pourraient contribuer à différentes fonctions au-delà du simple message, en tant qu'endroit pour stocker un message ADN. Il y a donc beaucoup de choses que l'on peut comprendre sur l'ADN en connaissant ses modèles de liaison hydrogène.

Alors, pouvez-vous deviner lequel de ces brins aurait un brin complémentaire et serait l'ADN double brin le plus stable ? Ce serait donc un brin. Vous pourriez dessiner pour chacun d'eux son brin complémentaire. Pouvez-vous deviner les indices pour déterminer lequel aurait une organisation la plus stable de l'ADN double brin antiparallèle ? Que chercherais-je ? Oui?

AUDIENCE : Plus de G et C [INAUDIBLE]

BARBARA IMPERIALI : Donc numéro un, une teneur en GC plus élevée parce que Gs et Cs forment trois liaisons hydrogène. As et Ts n'en forment que deux. Et quel est l'autre déterminant, rien qu'en regardant ces structures ? Oui?

BARBARA IMPERIALI : Ouais, tu fais-- non. C'est en fait encore plus idiot. C'est plus simple que ça.

BARBARA IMPERIALI : Longueur. Donc tout ce que vous faites, c'est d'aller dire, je peux faire trois liaisons hydrogène, deux, trois, deux, deux, trois, deux, deux, deux. Donc, vous ne comptez vraiment que les liaisons hydrogène dans sa séquence partenaire, et vous pouvez deviner laquelle sera la plus stable car elle a le plus de liaisons hydrogène. Nous pourrions donc vous le demander. Lequel va se séparer ?

Maintenant, ce qui est intrigant avec l'ADN, c'est que vous pouvez l'éplucher. Vous pouvez le chauffer et il se séparera. Mais il ne dénature pas comme le font les protéines. Si vous le refroidissez simplement, il se remet en place. Donc, une autre caractéristique de l'ADN est que vous pouvez chauffer, dénaturer, puis se rehybrider exactement comme il était en premier lieu. Il ne se dénature pas en quelque chose qui n'est pas très utile.

Et maintenant la question, pouvez-vous dessiner le brin complémentaire ? Je trouve toujours, de ce brin supérieur ici, lequel d'entre eux est le brin complémentaire ? Franchement, la meilleure façon de le faire est d'esquisser le stand complémentaire. Vous pouvez le voir un peu à l'envers parce qu'il est vraiment difficile de dessiner des choses de 5 premiers à 3 premiers lorsque vous essayez également de comprendre l'appariement de base.

Alors dessinez-le à l'envers. Assurez-vous de connaître les 5 premiers et les 3 premiers. Et puis vous pouvez deviner la bonne réponse à ce type de questions sur les brins complémentaires.

Maintenant, une dernière question, la stabilité de l'ADN double brin. J'ai fait toute une histoire sur la liaison hydrogène. C'est ce qui le tient ensemble. Quelles autres forces pourraient être en jeu dans l'ADN double brin qui pourraient contribuer à sa stabilité ? Des pensées? Quoi d'autre?

Eh bien, il n'a certainement pas l'air d'être chargé, car la charge prédominante est négative. Il n'y a pas de -- vous avez probablement des ions métalliques là-bas, en quelque sorte neutralisant cette charge. Quelle serait l'autre force, et comment la décrirais-je ? C'est délicat.

Nous avons donc ces bases, et elles sont assez hydrophobes. Ce sont des avions. Ils ont une densité électronique des deux côtés. Il s'avère donc qu'il y a une certaine stabilité entre l'emballage des étapes d'ADN entre chaque paire de bases avec la suivante, avec la suivante. Il y a donc des forces hydrophobes.

Et les chercheurs de Scripps ont en fait prouvé ce paradigme en créant des bases d'ADN supplémentaires qui n'ont pas de partenariats de liaison hydrogène, mais fournissent simplement l'élément qui est l'entité hydrophobe plate avec la bonne taille qui peut se glisser dans les séquences d'ADN et rendre stable [INAUDIBLE], rendre stables non plus vraiment des paires de bases, mais juste être stables dans cette structure polymère. Les gens comprennent-ils et suivent-ils cela ?

Donc finalement, quand on regarde la structure de l'ADN, il y a des tranchées où les choses peuvent se lier, les protéines peuvent se lier, et on parle du sillon majeur et du sillon mineur. Mais j'en parlerai plus tard lorsque nous parlerons des facteurs de transcription.

Maintenant, je veux juste, en un temps vraiment triple, et je vais le mettre sur le site Web, il y a un intérêt énorme à utiliser les éléments constitutifs de l'ADN pour le stockage d'informations en informatique. Donc, si vous recherchez l'informatique basée sur l'ADN sur Wikipédia, vous en apprendrez beaucoup à ce sujet. Parce que ce qui est si excitant, c'est qu'il s'agit d'un matériau organisé à l'échelle nanométrique qui peut être programmé pour s'apparier et former certaines structures.

Donc, dans le genre de gamme de tailles différentes, il y a eu beaucoup d'intérêt pour l'ADN en tant que matériau pour le stockage d'informations, pas pour votre matériel génétique, mais pour le stockage d'informations anciennes. Les gens ont donc appris à construire des structures d'ADN où ils peuvent construire ce genre de structures cruciformes par appariement de bases. Ils peuvent allonger un peu les bras de ces structures. Vous pouvez donc commencer à assembler ces éléments pour créer des entités tridimensionnelles très définies.

Ils sont devenus un peu fous en faisant ce genre de choses parce que vous pouvez construire des sortes de tétraèdres et d'autres sortes de formes et de tailles, le tout par des brins de cette paire de bases, d'une longueur d'environ 10 paires de bases, qui sont stables et ne font que compléter certaines autres bases paires. Donc, vous pouvez littéralement construire - ils l'appelaient souvent l'origami d'ADN parce que vous pouvez construire des structures macroscopiques simplement par l'assemblage de brins d'ADN qui se replieront finalement pour former le meilleur ADN complémentaire pour former les structures.

Et il a également été trouvé - comme je l'ai dit, ils sont devenus complètement fous - des visages souriants et des étoiles et des rayures et ainsi de suite. Mais la chose la plus précieuse que vous puissiez - comme je l'ai dit, vous pouvez en savoir plus à ce sujet - est d'utiliser l'ADN comme portes logiques pour définir et, ou, ou non, donc le genre de trois options, et de les utiliser pour programmer certains puzzles où l'ADN va cracher la réponse à un puzzle particulier à travers un schéma logique.

Donc, ceux d'entre vous qui s'intéressent à l'informatique et à ce genre d'énigmes logiques voudront peut-être en savoir un peu plus, car l'ADN est une structure non covalente tellement fiable, où ces paires de bases sont incroyablement fiables, que vous pouvez commencer à envisager non seulement de construire un double -ADN brin, mais en construisant toutes sortes d'architectures ou en programmant des choses avec la séquence d'ADN. Et c'est tout pour aujourd'hui. Et c'est la fin de la section de biochimie.


Voir la vidéo: Comment construire un fragment dADN? Exercice dévaluation (Juin 2022).


Commentaires:

  1. Kalani

    Il faut être optimiste.

  2. Bryce

    Beau sujet

  3. Vayle

    Il y a quelque chose là-dedans. Merci pour votre aide sur ce problème. Tout ingénieux est simple.

  4. Kagul

    Quelle idée intéressante.

  5. Malabar

    L'auteur doit publier un monument pour cela! :)

  6. Burrell

    Qu'est-ce qui en découle?



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