Концы ДНК относятся к свойствам концов молекул ДНК , которые могут быть липкими или тупыми в зависимости от фермента, который разрезает ДНК. Рестрикционные ферменты принадлежат к большему классу ферментов, называемых экзонуклеазами и эндонуклеазами. Экзонуклеазы удаляют нуклеотид с концов, тогда как эндонуклеаза разрезает в определенном положении в ДНК.
Эта концепция используется в молекулярной биологии , при клонировании или при субклонировании вставки ДНК в векторную ДНК . Такие концы могут быть образованы рестрикционными ферментами, которые разрезают ДНК: ступенчатый разрез дает два липких конца, а прямой разрез создает тупые. [1]
Одноцепочечные молекулы ДНК
Одноцепочечная некруглая молекула ДНК имеет два неидентичных конца, 3'-конец и 5'-конец (обычно произносится как «три простых конца» и «пять простых концов»). Цифры относятся к нумерации атомов углерода в дезоксирибозе , которая представляет собой сахар, составляющий важную часть основы молекулы ДНК. В основной цепи ДНК 5'-углерод одной дезоксирибозы связан с 3'-углеродным атомом другой фосфодиэфирной связью. 5'-углерод этой дезоксирибозы снова связан с 3'-углеродным атомом следующего, и так далее.
Вариации двухцепочечных молекул
Когда молекула ДНК двухцепочечная, как это обычно бывает в ДНК, две цепи идут в противоположных направлениях. Следовательно, один конец молекулы будет иметь 3'-конец цепи 1 и 5'-конец цепи 2, и наоборот, на другом конце. Однако тот факт, что молекула является двухцепочечной, допускает множество различных вариаций.
Тупые концы
Самый простой конец ДНК двухцепочечной молекулы называется тупым концом . Тупые концы также известны как несвязанные концы. В молекуле с тупым концом обе цепи заканчиваются парой оснований . Тупые концы не всегда желательны в биотехнологии, поскольку при использовании ДНК-лигазы для соединения двух молекул в одну выход значительно ниже с тупыми концами. При выполнении субклонирования он также имеет недостаток, заключающийся в потенциальной вставке вставки ДНК в желаемой противоположной ориентации. С другой стороны, тупые концы всегда совместимы друг с другом. Вот пример небольшого фрагмента ДНК с тупым концом:
5'- GATCTGACTGATGCGTATGCTAGT -3 '3'- CTAGACTGACTACGCATACGATCA -5 '
Свесы и липкие концы
Неотупые концы создаются за счет различных свесов . Свисание - это отрезок неспаренных нуклеотидов на конце молекулы ДНК. Эти неспаренные нуклеотиды могут находиться в любой цепи, создавая 3 'или 5' выступы. Эти выступы в большинстве случаев палиндромные.
Самый простой случай выступа - это единственный нуклеотид. Чаще всего это аденозин, который создается некоторыми ДНК-полимеразами в виде 3 'выступа . Чаще всего это используется при клонировании продуктов ПЦР, созданных таким ферментом. Продукт соединен с линейной молекулой ДНК с выступом 3 ' тимина . Поскольку аденин и тимин образуют пару оснований , это облегчает соединение двух молекул лигазой с образованием кольцевой молекулы. Вот пример А-выступа:
5'- АТКТГАКТА -3 '3'- ТАГАКТГА -5 '
Более длинные свесы называются связными концами или липкими концами . Чаще всего они создаются эндонуклеазами рестрикции при разрезании ДНК. Очень часто они отрезают две нити ДНК на четыре пары оснований друг от друга, создавая 5 'выступ из четырех оснований в одной молекуле и дополнительный 5' выступ в другой. Эти концы называются связными, поскольку они легко соединяются вместе с помощью лигазы.
Например, эти два «липких» конца совместимы:
5'- ATCTGACT + GATGCGTATGCT -3 '3'- TAGACTGACTACG CATACGA -5 '
Они могут образовывать дополнительные пары оснований в выступающей области:
GATGCGTATGCT -3 '5'- ATCTGACT CATACGA -5 '3'- TAGACTGACTACG
Кроме того, поскольку разные эндонуклеазы рестрикции обычно создают разные выступы, можно создать плазмиду, вырезая кусок ДНК (используя разные ферменты для каждого конца), а затем присоединяя его к другой молекуле ДНК с концами, обрезанными теми же ферментами. Поскольку для работы лигазы выступы должны дополнять друг друга, две молекулы могут соединяться только в одной ориентации. Это часто очень желательно в молекулярной биологии .
Потертые концы
Напротив каждой отдельной цепи ДНК мы обычно видим пару аденина с тимином и пару цитозина с гуанином, чтобы сформировать параллельную комплементарную цепь, как описано ниже. Две нуклеотидные последовательности, которые соответствуют друг другу таким образом, называются комплементарными:
5'- ATCTGACT -3 '3'- ТАГАКТГА -5 '
Потрепанный конец относится к области двухцепочечной (или другой многонитевой) молекулы ДНК около конца со значительной долей некомплементарных последовательностей; то есть последовательность, в которой нуклеотиды на соседних цепях не совпадают правильно:
5'- ATCTGACTAGGCA -3 '3'- TAGACTGA CTACG -5 '
Термин «потертый» используется потому, что неправильно подобранные нуклеотиды имеют тенденцию избегать связывания, таким образом выглядя похожими на нити в изношенном куске веревки.
Хотя некомплементарные последовательности также возможны в середине двухцепочечной ДНК, несовпадающие области на удалении от концов не называются «потрепанными».
Открытие
Рональд В. Дэвис первым открыл липкие концы как продукт действия EcoRI , эндонуклеазы рестрикции . [2]
Сила
Липкие концевые ссылки отличаются своей стабильностью. Для оценки устойчивости можно измерить свободную энергию образования. Для различных последовательностей могут быть сделаны приближения свободной энергии на основе данных, относящихся к кривым тепловой денатурации олигонуклеотидов в УФ-диапазоне. [3] Также предсказания, полученные на основе моделирования молекулярной динамики, показывают, что некоторые липкие концевые звенья растягиваются намного сильнее, чем другие. [4]
Рекомендации
- Самбрук, Джозеф ; Дэвид Рассел (2001). Молекулярное клонирование: лабораторное руководство. Нью-Йорк: издательство лаборатории Колд-Спринг-Харбор , ISBN 0879695765 .
- ^ Салливан, Мэри. Мяч . ISBN 9780544819016. OCLC 949423125 .
- ^ Домашняя страница Фонда Грубера | Gruber Фонд архивации 2012-05-11 в Wayback Machine
- ^ Джон Санта-Люсия-младший (1997). «Единый взгляд на термодинамику ближайших соседей полимера, гантели и олигонуклеотида ДНК» . Труды Национальной академии наук США . 95 (4): 1460–1465. DOI : 10.1073 / pnas.95.4.1460 . PMC 19045 . PMID 9465037 .
- ^ Эхсан Бан и Каталин Р. Пику (2014). «Сила липких концевых связей ДНК». Биомакромолекулы . 15 (1): 143–149. DOI : 10.1021 / bm401425k . PMID 24328228 .