Het belangrijkste verschil tussen positieve en negatieve supercoiling van DNA is dat tijdens positieve supercoiling van DNA de DNA-streng overwikkeld is in vergelijking met de ontspannen toestand, terwijl tijdens negatieve supercoiling van DNA de DNA-streng onder gewikkeld is in vergelijking met de ontspannen staat.
DNA-supercoiling is de hoeveelheid twist in een DNA-streng (over- of onderwinding), en het bepa alt de hoeveelheid spanning op de streng. Topoisomerasen zijn de enzymen die DNA-supercoiling vergemakkelijken en reguleren om DNA-replicatie en transcriptie te verbeteren. Ze zijn aanwezig in alle cellen, inclusief bacteriën en mensen. DNA-supercoiling is belangrijk voor veel cellulaire processen zoals DNA-verdichting en genexpressie, door de toegang tot de genetische code te reguleren. Er zijn twee soorten DNA-supercoiling als positieve supercoiling en negatieve supercoiling.
Wat is positieve supercoiling van DNA?
Positieve supercoiling van DNA is een proces waarbij de DNA-streng wordt omwikkeld in vergelijking met de ontspannen toestand. Dit gebeurt wanneer de dubbel-helix conformatie van DNA (rechtshandig) strakker wordt gedraaid (overgewikkeld in een rechtshandige modus) totdat de spiraalvormige structuur vervormd raakt en zich ontwikkelt tot een niveau van 'knoop'.
Figuur 01: Supercoiling van DNA
Wiskundige vergelijkingen gaan dieper in op de positieve supercoiling van DNA. DNA is niet positief supercoiled tijdens normale toestanden, maar komt alleen voor tijdens cellulaire processen, bijvoorbeeld om mitose te vergemakkelijken waarbij gedupliceerde zuster-DNA's worden gescheiden in dochtercellen tijdens de interfase bij de ontwikkeling en het onderhoud van topologisch associërende domeinen. Deze domeinen zijn TAD's. Bovendien is tijdens mitotische chromosoomassemblage aangetoond dat condensine positieve supercoiling van DNA induceert. Condensatie is een groot eiwitcomplex dat een belangrijke rol speelt bij de assemblage van mitotische chromosomen en de positieve supercoiling induceert op een ATP-hydrolyse-afhankelijke manier.
Wat is negatieve supercoiling van DNA?
Negatieve supercoiling van DNA is een proces waarbij de DNA-streng onder de wond zit in vergelijking met de ontspannen toestand. Dit gebeurt wanneer de dubbele spiraalvormige conformatie van DNA (linkshandig) lichter wordt gedraaid (onderwond in een linkshandige modus) totdat de spiraalvormige structuur meer ontspannen wordt dan de normale ontspannen B-vorm van DNA. Het vergemakkelijkt DNA-replicatie en transcriptie door topoisomerase-enzymen.
Figuur 02: Negatieve supercoiling van DNA
Supercoiling van DNA produceert twee soorten structuren die een plectoneme of een torus worden genoemd. Soms kan het een combinatie van beide zijn. Tijdens negatieve supercoiling van DNA zal het DNA-molecuul ofwel een twee-start rechtshandige helix met terminale lussen (het plectoneme) of een een-start linkshandige helix (de torus) produceren. Plectonemen komen vaker voor in de natuur, vooral bij bacteriën.
Wat zijn de overeenkomsten tussen positieve en negatieve supercoiling van DNA?
- Positieve en negatieve supercoiling van DNA is aanwezig in alle organismen (van bacteriën tot mensen)
- Beide processen veranderen de vorm van de DNA-streng.
- Ze beïnvloeden de dubbele spiraalstructuur van DNA.
- Bovendien zijn beide mechanismen belangrijk voor het faciliteren van veel cellulaire functies.
- Enzymen controleren positieve en negatieve supercoiling van DNA.
Wat is het verschil tussen positieve en negatieve supercoiling van DNA?
Het belangrijkste verschil tussen positieve en negatieve supercoiling van DNA is dat, tijdens positieve supercoiling van DNA, de DNA-streng overgewikkeld is in vergelijking met de ontspannen toestand, terwijl tijdens negatieve supercoiling van DNA de DNA-streng onder gewikkeld is in vergelijking met de ontspannen toestand. Het DNA van de meeste organismen is in normale toestand negatief supercoiled. Positieve supercoiling treedt alleen op tijdens bepaalde cellulaire functies. Bovendien vindt positieve supercoiling van DNA plaats naar de rechterkant, terwijl negatieve supercoiling van DNA naar links plaatsvindt.
De onderstaande infographic presenteert de verschillen tussen positieve en negatieve supercoiling van DNA in tabelvorm voor vergelijking naast elkaar.
Samenvatting – Positieve versus negatieve supercoiling van DNA
DNA-supercoiling is belangrijk in veel cellulaire processen, zoals DNA-verdichting en genexpressie, door de toegang tot de genetische code te reguleren. Het vergemakkelijkt en reguleert ook DNA-supercoiling om DNA-replicatie en transcriptie te verbeteren. Het belangrijkste verschil tussen positieve en negatieve supercoiling van DNA is dat tijdens positieve supercoiling van DNA de DNA-streng overwikkeld is in vergelijking met de ontspannen toestand, terwijl tijdens negatieve supercoiling van DNA de DNA-streng onder wond is in vergelijking met de ontspannen toestand. Beide supercoiling-processen van een bepaalde streng worden uitgewerkt door een wiskundige formule. Beide processen worden vergeleken met een referentietoestand die bekend staat als de ontspannen toestand van DNA of de ontspannen B-vorm van DNA.
