DNA超螺旋和超螺旋應力

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介紹

DNA超螺旋是DNA雙螺旋結構的扭曲或盤繞，導致分子產生應力。

這種應力被稱為超螺旋應力。超螺旋是在所有生物體中發生的必要過程，對於各種細胞過程至關重要，包括DNA複製、轉錄和修復。

我們將討論DNA超螺旋的機制以及超螺旋應力在DNA結構和功能中的作用。

DNA超螺旋機制

DNA的雙螺旋結構由兩條互補的核苷酸鏈組成，這些鏈透過核苷酸鹼基之間的氫鍵連線在一起。當螺旋圍繞其軸扭曲時，就會發生DNA超螺旋，從而導致分子產生應力。超螺旋的程度可以透過稱為連環數的拓撲引數來量化，該引數是一條DNA鏈纏繞另一條DNA鏈的次數。

超螺旋分為兩種型別：正超螺旋和負超螺旋。

正超螺旋發生在螺旋過度纏繞時，導致連環數增加。

負超螺旋發生在螺旋纏繞不足時，導致連環數減少。這兩種型別的超螺旋對於DNA結構和功能都至關重要。

DNA超螺旋的過程是由稱為拓撲異構酶的酶促進的。這些酶斷裂並重新連線DNA鏈，使螺旋能夠扭曲或解旋。拓撲異構酶分為兩類：I型和II型。

• I型拓撲異構酶斷裂一條DNA鏈，而

• II型拓撲異構酶斷裂兩條鏈。這兩種型別的拓撲異構酶都參與調節DNA的超螺旋。

超螺旋應力在DNA結構和功能中的作用

超螺旋應力是由於超螺旋而儲存在DNA分子中的能量。這種應力是DNA結構和功能的關鍵決定因素。超螺旋應力影響雙螺旋的穩定性並影響DNA與蛋白質之間的相互作用。

DNA中超螺旋應力的程度影響雙螺旋的穩定性。正超螺旋增加了破壞核苷酸鹼基之間氫鍵所需的能量，使DNA分子更穩定。負超螺旋降低了破壞氫鍵所需的能量，使DNA分子不太穩定。

超螺旋應力還在DNA-蛋白質相互作用中發揮作用。與DNA結合的蛋白質，如轉錄因子和組蛋白，受DNA分子中超螺旋應力的程度影響。正超螺旋增加了DNA對蛋白質的可及性，而負超螺旋降低了可及性。

超螺旋應力對於各種細胞過程至關重要，包括DNA複製、轉錄和修復。DNA複製需要雙螺旋解旋，這會導致複製叉前方產生正超螺旋，複製叉後方產生負超螺旋。超螺旋的產生和解決對於DNA的正確複製至關重要。

轉錄（從DNA合成RNA的過程）也需要產生超螺旋。負責轉錄的酶RNA聚合酶在轉錄泡前方產生正超螺旋，在轉錄泡後方產生負超螺旋。超螺旋的產生和解決對於DNA的正確轉錄至關重要。

DNA修復也需要產生和解決超螺旋。DNA損傷可能導致超螺旋應力的積累，這可能導致DNA鏈斷裂和其他形式的DNA損傷。超螺旋的正確解決對於修復DNA損傷至關重要。

常見問題

Q1. 什麼是DNA超螺旋？

A1. DNA超螺旋是DNA雙螺旋結構的扭曲或盤繞，導致分子產生應力。

Q2. 什麼是超螺旋應力？

A2. 超螺旋應力是由於超螺旋而儲存在DNA分子中的能量。

Q3. 拓撲異構酶在DNA超螺旋中起什麼作用？

A3. 拓撲異構酶是斷裂並重新連線DNA鏈的酶，使螺旋能夠扭曲或解旋。它們對於調節DNA的超螺旋至關重要。

Q4. DNA超螺旋的兩種型別是什麼？

A4. DNA超螺旋的兩種型別是正超螺旋和負超螺旋。正超螺旋發生在螺旋過度纏繞時，導致連環數增加。負超螺旋發生在螺旋纏繞不足時，導致連環數減少。

Q5. 超螺旋應力如何影響DNA分子的穩定性？

A5. 正超螺旋增加了破壞核苷酸鹼基之間氫鍵所需的能量，使DNA分子更穩定。負超螺旋降低了破壞氫鍵所需的能量，使DNA分子不太穩定。

Q6. 超螺旋應力在DNA-蛋白質相互作用中起什麼作用？

A6. 超螺旋應力影響DNA與蛋白質之間的相互作用。

• 正超螺旋增加了DNA對蛋白質的可及性，

• 而負超螺旋降低了可及性。