Białka wiążącego DNA, jest białko zawierające domenę wiążącą DNA , i które w związku z tym ma powinowactwo do pojedynczego - linka lub dwuniciowy ( podwójna helisa ) DNA . Białka wiążące DNA specyficzne dla sekwencji nukleotydów na ogół oddziałują z głównym rowkiem B-DNA, ponieważ ten ostatni bardziej odsłania pary zasad , umożliwiając ich lepszą identyfikację. Istnieją jednak ligandy, które oddziałują z mniejszym rowkiem, takie jak netropsyna ( poliamid ), distamycyna , barwnik Hoechst 33258 , pentamidyna ( trypanicyd ), DAPI i inne.
Białka wiążące DNA obejmują czynniki transkrypcyjne , które modulują transkrypcję DNA na RNA , różne polimerazy , nukleazy , które rozszczepiają cząsteczki DNA, a także histonów , które są zaangażowane w kondycjonowania chromosomów w regulacji transkrypcji w jądrze z komórki . Białka wiążące DNA mogą zawierać motywy strukturalne, takie jak palec cynkowy , helisa-łokieć-helisa , suwak leucynowy i inne, które ułatwiają wiązanie z cząsteczkami kwasu nukleinowego . Istnieją również mniej tradycyjne przykłady takich białek, takie jak efektor TAL (en) .
Struktury białek , które wiążą się z DNA , na przykład w chromosomach , są przykładami zrozumienia niespecyficznych interakcji między białkami a DNA. Białka te organizują DNA w zwartą strukturę zwaną chromatyną . U eukariontów struktury te obejmują wiązanie DNA z małymi podstawowymi białkami zwanymi histonami . U prokariotów w grę wchodzi kilka rodzajów białek.
Histony to kompleks w kształcie dysku zwany nukleosomem, zawierający dwa pełne zwoje dwuniciowego DNA owiniętego wokół niego. Takie niespecyficzne interakcje są ustalane za pomocą wiązań jonowych między resztami z aminokwasy podstawowe i dodatnio naładowaną histonów jednej strony, a szkielet odważy - fosforanu kwasu i ujemnie naładowanego DNA, z drugiej strony, co powoduje, że w dużym stopniu niezależne od nukleotydu sekwencji . Wśród potranslacyjnych modyfikacji tych podstawowych aminokwasów są metylacje , fosforylacje i acetylacje . Te chemiczne zmiany modyfikują intensywność interakcji między DNA a histonami, czyniąc DNA mniej lub bardziej dostępnym dla czynników transkrypcyjnych i modulując szybkość transkrypcji . Inne białka w nieswoistej chromatynie sekwencji DNA obejmują białka o wysokiej ruchliwości, które wiążą się ze zniekształconym DNA. Białka te odgrywają ważną rolę w organizowaniu nukleosomów w celu zorganizowania ich w większe struktury tworzące chromosomy.
Istnieje specjalna grupa białek wiążących DNA , które są specyficzne dla jednoniciowego DNA . W ludzi The białko replikacji jest najlepiej zrozumieć członkiem tej rodziny. Bierze udział w procesach, w których podwójna helisa DNA jest podzielona na dwie nici , takich jak replikacja DNA , rekombinacja genetyczna i naprawa DNA . Wydaje się, że białka te stabilizują jednoniciowy DNA i chronią go przed degradacją przez nukleazy, jak również przed tworzeniem się struktur macierzystych .
Niektóre białka nie rozwinęły się nie łączą się z pewnymi sekwencjami z DNA . Najbardziej znanymi z nich są czynniki transkrypcyjne , czyli białka regulujące transkrypcję DNA na RNA . Każdy czynnik transkrypcyjny wiąże się tylko z określoną sekwencją DNA i aktywuje lub hamuje transkrypcję genów, które mają tę sekwencję w pobliżu swojego promotora .
Czynniki transkrypcyjne odgrywają swoją rolę na dwa sposoby. Z jednej strony mogą wiązać się z polimerazą RNA odpowiedzialną za transkrypcję bezpośrednio lub poprzez inne białka pośredniczące; umożliwia to umieszczenie polimerazy na promotorze i rozpoczęcie transkrypcji. Z drugiej strony, czynniki transkrypcyjne mogą wiązać się z enzymami, które modyfikują histony na poziomie promotora. Sprzyja to dostępowi polimeraz do DNA.
Te docelowe sekwencje DNA można znaleźć w dowolnym miejscu w genomie żywej istoty. Zatem zmiany w aktywności jednego typu czynnika transkrypcyjnego mogą wpływać na tysiące genów. To jest powód, dla którego białka te są często celem procesów transdukcji sygnałów kontrolujących odpowiedź na zmiany środowiskowe lub różnicowanie komórek i rozwój organizmów . Ścisła specyfika interakcji między tymi czynnikami transkrypcyjnymi a DNA wynika z faktu, że białka te nawiązują liczne kontakty z krawędziami zasad nukleinowych , co pozwala im „odczytywać” sekwencje nukleotydowe . Większość tych interakcji zachodzi w głównym rowku DNA, gdzie zasady są najbardziej dostępne. Zwykle wykonuje matematyczne opisy wiązania DNA-białko, biorąc pod uwagę specyficzność sekwencji oraz konkurencyjne wiązanie i współdziałanie różnych typów białek przy użyciu modeli sieciowych (en) . Zaproponowano metody obliczeniowe do identyfikacji specyficznej sekwencji wiązania białka z DNA w celu wykorzystania dużej liczby obecnie dostępnych sekwencji.