ДНК: левая, правая и в лицах.
Азотистые основания нехиральны, но обе стороны их плоских гетероциклов различаются, как лицо и затылок. Или - как два лица. На рисунке вверху изображена обычная WC(Watson Crick) цис-АТ пара. Tимидиновый нуклеотид внизу слева изображен в таком же положении, что и адениновый над ним, что легко проследить по сходству конформаций сахаро-фосфатов.
Теперь, для того чтобы этот тимидин занял положение, как в паре с аденином наверху справа, его нужно сначала (1) перевернуть с "лица" на "спину" вокруг оси, изображенной в виде голубой линии, а потом уже параллельным переносом из этого положения сдвинуть для образования двух водородных связей с аденином-партнером (2). Таким образом, в В-ДНК "лица" оснований в обеих нитях чередуются.
В Z-ДНК такое же чередование "лиц". При сравнении же "срезов" В- и Z-форм ДНК оказалось, что в месте предполагаемого контакта этих двух форм "лица" в обеих нитях должны быть перевернуты одновременно. В результате, малая бороздка В-формы (АТ пара с углеродами серого цвета на рисунке справа) будет продолжаться в большую бороздку Z-формы (GC пара с углеродами сливового цвета там же). Рисунок слева показывает ту же конфигурацию двух пар при виде сбоку, а пунктиром изображены атомы, которые должны бы быть соединены для сохранения химической полярности обеих нитей. Однако, эти атомы невозможно соединить из-за стереохимических ограничений.
Эта проблема была осознана уже в первой публикации о Z-ДНК. Для перехода из В-формы в Z-форму, таким образом, необходимо не только торсионное напряжение, которое вполне могло бы быть предоставлено РНК-полимеразой при раскручивании ДНК для транскрипции одной из её цепей, но и существование некоего переходного "пузыря" расплавленной ДНК на границе двух форм. Впоследствии были сделаны экспериментальные оценки, заключившие, что в таком "пузыре" ожидается не более трех разрушенных пар оснований.
Не обошлось и без элегантных предложений с опровергательными оттенками. Например, о "правильной" Z(WC)-ДНК, в которой направление нитей обращено, и поэтому весь парадокс превращается в надуманный. При условии, конечно, что Z(WC) модель, - а не экспериментально обнаруженная структура в кристалле, - и есть "настоящая" Z-форма ДНК:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC332415/?page=4
(Тройное изображение по ссылке - это для тех, кто может смотреть стерео картинки. Cверху - предложенная модель, снизу - X-Ray Z-DNA. Обычно публикуются два вида стерео-картинок: cross-eye и wall-eye. По этой ссылке - cross-eye: это когда левый глаз смотрит на правое изображение, и наоборот. Если смотреть на них wall-eye, получаются изображения правых спиралей в обоих случаях.)
Любопытно, что старший автор этой статьи, AH Wang, был первым автором в оригинальном сообщении о Z-DNA:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/514347
А ларчик открылся в 2005 году, через 26 лет после публикации статьи про Z-DNA(!).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16237447
Кристаллографической же структурой было запечатлено, что всего одной разрушенной пары достаточно для перехода В-формы ДНК в Z-форму.
На этом рисунке, в моем исполнении для обзора по горячим следам, место контакта (G27/A25 и С10/Т12) и нарушение чередования белого и черного "лиц" оснований на границе сочленения двух форм изображены на схеме в правом нижнем углу. Сочленение "гладкое", т.е. - никакого "пузыря".
Обратите внимание на то, как GC-пара с локально-параллельными сахарами (на изображении контакта в правом верхнем углу рисунка) соединяется с АТ-парой с локально-антипараллельными сахарами.
Теперь, для того чтобы этот тимидин занял положение, как в паре с аденином наверху справа, его нужно сначала (1) перевернуть с "лица" на "спину" вокруг оси, изображенной в виде голубой линии, а потом уже параллельным переносом из этого положения сдвинуть для образования двух водородных связей с аденином-партнером (2). Таким образом, в В-ДНК "лица" оснований в обеих нитях чередуются.
В Z-ДНК такое же чередование "лиц". При сравнении же "срезов" В- и Z-форм ДНК оказалось, что в месте предполагаемого контакта этих двух форм "лица" в обеих нитях должны быть перевернуты одновременно. В результате, малая бороздка В-формы (АТ пара с углеродами серого цвета на рисунке справа) будет продолжаться в большую бороздку Z-формы (GC пара с углеродами сливового цвета там же). Рисунок слева показывает ту же конфигурацию двух пар при виде сбоку, а пунктиром изображены атомы, которые должны бы быть соединены для сохранения химической полярности обеих нитей. Однако, эти атомы невозможно соединить из-за стереохимических ограничений.
Эта проблема была осознана уже в первой публикации о Z-ДНК. Для перехода из В-формы в Z-форму, таким образом, необходимо не только торсионное напряжение, которое вполне могло бы быть предоставлено РНК-полимеразой при раскручивании ДНК для транскрипции одной из её цепей, но и существование некоего переходного "пузыря" расплавленной ДНК на границе двух форм. Впоследствии были сделаны экспериментальные оценки, заключившие, что в таком "пузыре" ожидается не более трех разрушенных пар оснований.
Не обошлось и без элегантных предложений с опровергательными оттенками. Например, о "правильной" Z(WC)-ДНК, в которой направление нитей обращено, и поэтому весь парадокс превращается в надуманный. При условии, конечно, что Z(WC) модель, - а не экспериментально обнаруженная структура в кристалле, - и есть "настоящая" Z-форма ДНК:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC332415/?page=4
(Тройное изображение по ссылке - это для тех, кто может смотреть стерео картинки. Cверху - предложенная модель, снизу - X-Ray Z-DNA. Обычно публикуются два вида стерео-картинок: cross-eye и wall-eye. По этой ссылке - cross-eye: это когда левый глаз смотрит на правое изображение, и наоборот. Если смотреть на них wall-eye, получаются изображения правых спиралей в обоих случаях.)
Любопытно, что старший автор этой статьи, AH Wang, был первым автором в оригинальном сообщении о Z-DNA:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/514347
А ларчик открылся в 2005 году, через 26 лет после публикации статьи про Z-DNA(!).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16237447
Кристаллографической же структурой было запечатлено, что всего одной разрушенной пары достаточно для перехода В-формы ДНК в Z-форму.
На этом рисунке, в моем исполнении для обзора по горячим следам, место контакта (G27/A25 и С10/Т12) и нарушение чередования белого и черного "лиц" оснований на границе сочленения двух форм изображены на схеме в правом нижнем углу. Сочленение "гладкое", т.е. - никакого "пузыря".
Обратите внимание на то, как GC-пара с локально-параллельными сахарами (на изображении контакта в правом верхнем углу рисунка) соединяется с АТ-парой с локально-антипараллельными сахарами.