Z-DNA

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Animierte Struktur der Z-DNA.
Seitliche Ansicht von A-, B-, und Z-DNA.

Z-DNA ist eine von verschiedenen möglichen Strukturformen der DNA. Es handelt sich dabei um eine linksgängige Doppelhelix (im Gegensatz zu der in der Natur üblichen B-Form, welche eine rechtsgängige Helix bildet). Vermutlich ist die Z-DNA zusammen mit der A- und der B-DNA eine der drei biologisch aktiven DNA-Formen.

Geschichte[Bearbeiten]

Mit dem Zusammenhang zwischen Z-DNA und B-DNA beschäftigten sich Pohl und Jovin[1] in frühen Arbeiten. Sie konnten zeigen, dass der Circulardichroismus, kurz CD, von poly(dG-dC) unter Verwendung von 4 M NaCl Lösung beinahe vollständig umkehrbar war. Die Vermutung, dass die Ursache dafür eine Umwandlung von B-DNA nach Z-DNA war, wurde später durch Ramanspektroskopie von Z-DNA Kristallen in der Lösung belegt.[2] Die Z-DNA selbst wurde im Jahr 1979 als erste kristalline DNA-Struktur von Alexander Rich, Andrew Wang und Mitarbeitern am MIT entdeckt[3] (siehe Röntgenbeugung). Jedoch wurde erst im Jahr 2005 über eine Kristallstruktur berichtet, welche Z-DNA direkt in einer Verbindung mit B-DNA zeigt und so Hinweise auf eine biologische Aktivität von Z-DNA liefert.[4]

Struktur[Bearbeiten]

Der Name Z-DNA leitet sich vom zickzackartigen Verlauf des Zucker-Phosphat-Rückgrates ab. Die Struktur ist aber im Vergleich zu der rechtsgängigen B-DNA sehr verschieden. Denn die Z-DNA ist linksgängig und hat eine Struktur, die sich alle zwei Basenpaare wiederholt (Dimere). Allerdings ist die Z-DNA eine metastabile Konformation der DNA und wird nur unter bestimmten Umständen eingenommen (wie z. B. alternierende Pyrimidine/Purine, hoher Salzkonzentration oder DNA supercoiling).

Funktion[Bearbeiten]

Es wird vermutet, dass Z-DNA u. a. eine Rolle während der DNA Transkription spielt, wenn besonders viel supercoiled DNA vorliegt.[4] Außerdem wurde beobachtet, dass das vermutliche Vorliegen von Z-DNA mit Transkriptionsaktivität zusammenfällt und es wurde postuliert, dass Z-DNA bei der Regulation der Transkription eine Rolle spielt.[5]


Strukturinformationen der drei DNA-Formen, die biologisch relevant sein könnten
(B-DNA ist die in der belebten Natur häufigste Form)
Strukturmerkmal A-DNA B-DNA Z-DNA
helikaler Drehsinn rechts rechts links
Durchmesser ~26 Å ~20 Å ~18 Å
Basenpaare pro helikale Windung 11.6 10.4-10.6 12 (6 Dimere)
Helikale Windung je Basenpaar (twist) 31° 36° 60° (pro Dimer)
Ganghöhe (Anstieg pro Windung) 34 Å 34 Å 44 Å
Anstieg pro Base 2.9 Å 3.4 Å 7.4 Å (pro Dimer)
Neigungswinkel der Basenpaare zur Achse 20°
Große Furche eng und tief breit und tief flach
Kleine Furche breit und flach eng und tief eng und tief
Zuckerkonformation C3'-endo C2'-endo Pyrimidine: C2'-endo
Purine: C3'-endo
Glykosidische Bindung anti anti Pyrimidine: anti
Purine: syn

Siehe auch[Bearbeiten]

Quellen[Bearbeiten]

  1. Pohl, F. M. and Jovin, T. M. Salt-induced co-operative conformational change of a synthetic DNA: equilibrium and kinetic studies with poly(dG-dC). J. Mol. Biol. 67, 375 - 396 (1972). PMID 5045303
  2. Thamann, T. J., Lord, R. C., Wang, A. H. J. & Rich, A. High salt form of poly(dG-dC)•poly(dG-dC) is left handed Z-DNA: raman spectra of crystals and solutions. Nucl. Acids Res. 9, 5443–5457 (1981). PMID 7301594
  3. Wang AHJ, Quigley GJ, Kolpak FJ, Crawford JL, van Boom JH, Van der Marel G, Rich A: Molecular structure of a left-handed double helical DNA fragment at atomic resolution. In: Nature (London). 282, 1979, S. 680-686. PMID 514347
  4. a b Ha SC, Lowenhaupt K, Rich A, Kim YG, Kim KK: Crystal structure of a junction between B-DNA and Z-DNA reveals two extruded bases. In: Nature. 437, 2005, S. 1183-1186. PMID 16237447
  5. Champ PC, Maurice S, Vargason JM, Camp T, Ho PS: Distributions of Z-DNA and nuclear factor I in human chromosome 22: a model for coupled transcriptional regulation. In: Nucleic Acids Research. 32, Nr. 22, 2004, S. 6501-6510.PMID 15598822

Literatur[Bearbeiten]

Voet et al: Biochemistry.

Weblinks[Bearbeiten]

ChemgaPedia sehr schöne Bilder