基因組與染色質
DNA 打包與超螺旋(supercoiling)
/ DEE-en-AY SOO-per-KOY-ling /
用手指把一根橡皮筋擰緊,到某個程度它就不再平整地旋轉,而是會扭曲起來、自己繞成一個打結的捲。DNA 也是如此。當雙螺旋被擰得過多或過少時,它會透過讓自己盤繞起來——捲上加捲——來釋放這種張力,這就叫超螺旋。再加上把 DNA 繞在組蛋白線軸上、並折疊成越來越大的環,這就是細胞如何把一個龐大的分子塞進一個極小空間的辦法。
打包是分階段進行的。首先,雙螺旋繞在組蛋白上形成核小體(串在線上的珠子)。這些珠子盤繞成一根更粗的纖維,纖維又從一個蛋白質支架上環狀伸出,而這些環本身再折疊、濃縮——每一個層次都讓壓縮倍數相乘,直到在細胞分裂時,DNA 被壓縮了大約一萬倍、成為一條肉眼可見的染色體。超螺旋就是每一步都內建在螺旋裡的那種扭轉張力,而細胞會用特殊的酵素(拓撲異構酶)來有意地增添或去除扭轉。
這不僅僅是為了節省空間。盤繞的程度控制著可接觸性:緊緊超螺旋、濃縮起來的 DNA 被封藏起來、無法被讀取,而在局部把捲放鬆,就會為某個基因的使用打開通路。超螺旋在複製和讀取過程中也必須被主動管理,因為把兩條鏈拉開會讓機器前方的 DNA 被擰得過緊——就像一條移動的拉鏈前方堆積起來的纏結。能夠剪開骨架、再重新封合的酵素會釋放這種張力。
細菌讓自己的環狀 DNA 略微「擰不足」(呈負超螺旋),這使得拉開兩條鏈來讀取基因更容易;有些抗生素正是透過卡住負責管理這種盤繞的酵素來起作用的。
管理扭轉如此關鍵,以至於有些藥物專門以它為靶點。
超螺旋是可逆的、被嚴密控制的,並不是一個永久的死結:專門的酵素在不斷地調整它,所以細胞可以按需把 DNA 收起來、或把它打開。
又稱
另見