Der Hauptunterschied zwischen positivem und negativem DNA-Supercoiling besteht darin, dass der DNA-Strang während des positiven DNA-Supercoilings im Vergleich zum entspannten Zustand überwunden ist, während der DNA-Strang während des negativen DNA-Supercoilings im Vergleich zum entspannten Zustand unterwickelt ist entspannter Zustand.
DNA-Supercoiling ist die Menge an Verdrillung in einem DNA-Strang (Überwindung oder Unterwindung) und bestimmt die Stärke der Dehnung des Strangs. Topoisomerasen sind die Enzyme, die das DNA-Supercoiling erleichtern und regulieren, um die DNA-Replikation und -Transkription zu verbessern. Sie sind in allen Zellen vorhanden, einschließlich Bakterien und Menschen. DNA-Supercoiling ist wichtig für viele zelluläre Prozesse wie DNA-Verdichtung und Genexpression, indem es den Zugang zum genetischen Code reguliert. Es gibt zwei Arten von DNA-Supercoiling: positives Supercoiling und negatives Supercoiling.
Was ist positives Supercoiling von DNA?
Positives Supercoiling von DNA ist ein Prozess, bei dem der DNA-Strang im Vergleich zum entspannten Zustand überwunden wird. Dies tritt auf, wenn die doppelhelikale Konformation der DNA (rechtsgängig) fester verdreht (in einem rechtsgängigen Modus überwunden) wird, bis die helikale Struktur verzerrt wird und sich zu einer Ebene von „Knoten“entwickelt.
Abbildung 01: Supercoiling von DNA
Mathematische Gleichungen erläutern das positive Supercoiling der DNA. DNA wird während normaler Zustände nicht positiv supercoiled, sondern tritt nur während zellulärer Prozesse auf, beispielsweise um die Mitose zu erleichtern, wo duplizierte Schwester-DNAs während der Interphase bei der Entwicklung und Aufrechterh altung topologisch assoziierter Domänen in Tochterzellen getrennt werden. Diese Domänen sind TADs. Darüber hinaus wurde während des mitotischen Chromosomenaufbaus gezeigt, dass Kondensin ein positives Supercoiling von DNA induziert. Das Kondensieren ist ein großer Proteinkomplex, der eine wichtige Rolle beim mitotischen Chromosomenaufbau spielt und das positive Supercoiling auf ATP-Hydrolyse-abhängige Weise induziert.
Was ist negatives Supercoiling von DNA?
Negatives Supercoiling von DNA ist ein Prozess, bei dem der DNA-Strang im Vergleich zum entspannten Zustand unter Wunde ist. Dies tritt auf, wenn die doppelhelikale Konformation der DNA (linkshändig) leichter verdrillt wird (unter Wunde in einem linkshändigen Modus), bis die helikale Struktur stärker entspannt wird als die normale entspannte B-Form der DNA. Es erleichtert die DNA-Replikation und -Transkription durch Topoisomerase-Enzyme.
Abbildung 02: Negatives Supercoiling von DNA
Supercoiling von DNA erzeugt zwei Arten von Strukturen, die Plektoneme oder Toroide genannt werden. Manchmal kann es auch eine Kombination aus beidem sein. Während des negativen Supercoiling von DNA produziert das DNA-Molekül entweder eine zweigängige rechtsgängige Helix mit Endschleifen (das Plektonem) oder eine eingängige linksgängige Helix (das Toroid). Plektoneme kommen in der Natur häufiger vor, insbesondere bei Bakterien.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen positivem und negativem Supercoiling von DNA?
- Positives und negatives Supercoiling der DNA ist in allen Organismen vorhanden (von Bakterien bis zum Menschen)
- Beide Prozesse verändern die Form des DNA-Strangs.
- Sie beeinflussen die Doppelhelixstruktur der DNA.
- Darüber hinaus sind beide Mechanismen wichtig für die Erleichterung vieler Zellfunktionen.
- Enzyme kontrollieren positives und negatives Supercoiling der DNA.
Was ist der Unterschied zwischen positivem und negativem Supercoiling von DNA?
Der Hauptunterschied zwischen positivem und negativem DNA-Supercoiling besteht darin, dass der DNA-Strang während des positiven DNA-Supercoilings im Vergleich zum entspannten Zustand überwunden ist, während der DNA-Strang während des negativen DNA-Supercoilings im Vergleich zum entspannten Zustand unterwickelt ist entspannter Zustand. Die DNA der meisten Organismen ist im Normalzustand negativ supercoiled. Positives Supercoiling tritt nur während bestimmter Zellfunktionen auf. Darüber hinaus findet ein positives Supercoiling der DNA zur rechten Seite hin statt, während ein negatives Supercoiling der DNA zur linken Seite hin stattfindet.
Die folgende Infografik zeigt die Unterschiede zwischen positivem und negativem Supercoiling von DNA in tabellarischer Form zum direkten Vergleich.
Zusammenfassung – Positives vs. negatives Supercoiling von DNA
DNA-Supercoiling ist wichtig in vielen zellulären Prozessen, wie z. B. DNA-Kompaktierung und Genexpression, indem es den Zugang zum genetischen Code reguliert. Es erleichtert und reguliert auch das DNA-Supercoiling, um die DNA-Replikation und -Transkription zu verbessern. Der Hauptunterschied zwischen positivem und negativem DNA-Supercoiling besteht darin, dass der DNA-Strang beim positiven Supercoiling der DNA im Vergleich zum entspannten Zustand überwunden ist, während der DNA-Strang beim negativen Supercoiling der DNA im Vergleich zum entspannten Zustand untergewickelt ist. Beide Supercoiling-Prozesse eines gegebenen Strangs werden durch eine mathematische Formel ausgearbeitet. Beide Prozesse werden mit einem Referenzzustand verglichen, der als entspannter Zustand der DNA oder entspannte B-Form der DNA bekannt ist.
