Dynamics of the B-A Transition of DNA Double Helices
Dynamik der B-A Umwaldung von DNA Doppelhelices
by Davis Jose
Date of Examination:2005-04-26
Date of issue:2005-05-20
Advisor:Prof. Dr. Jürgen Troe
Referee:Prof. Dr. Axel Zeeck
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2118
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Although the B-A transition of DNA is known for about 50 years, the dynamics of this transition has not been characterized yet. Experiments with stopped flow instrument showed that the reaction is complete within the dead time of the instrument. The reaction was then resolved by electric field jump technique where the magic angle technique was used to separate the field induced reaction effects from orientation effects. Field induced reaction amplitudes was observed with poly [d(A-T)] which showed a spectrum of time constants with the main amplitude showing a fast time constant of approximately 10 µs. The same effect was observed in natural DNA fragments with 50% GC content, where the average chain lengths of different fragments varied from 859 to 48,502 bp. In these cases the observed time constant for the fastest component is about 2 µs. The experimental data show that the B-A transition is a slower process than that predicted by molecular dynamics simulations and a significant activation barrier exists between these two clearly separated helical conformations. Most interpretations of the dynamics of DNA chains are based on the assumption of a high rate for internal conversions between conformations. The present experiments show that this is not correct in all cases.
Keywords: B-A transition of DNA double helices; Electric field jump technique; Magic angle measurements; Field induced reaction effects.
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Die B-A Umwandlung von DNA wurde schon vor mehr als fünfzig Jahren entdeckt, aber bisher konnte die Kinetik dieser Umwandlung experimentell noch nicht aufgelöst werden. Die Zeitauflösung der Stopped-Flow Methode erwies sich als nicht ausreichend. Mit Hilfe der elektrischen Feldimpulsmethode gelang es die ersten experimentellen Daten zu erhalten. Dazu mussten feldinduzierte Reaktionseffekte von Orientierungseffekten mit Hilfe der Magischen Winkel Methode getrennt werden. Besonders hohe feldinduzierte Reaktionsamplituden wurden am Poly [d(A-T)] beobachtet. In diesem Fall wurde ein Spektrum von Zeitkonstanten gefunden; die schnellste Reaktionskomponente mit der zugleich größten Amplitude wurde bei 10 µs beobachtet. Vergleichbare Effekte wurden an natürlichen DNAs mit 50% GC im Kettenlängenbereich von 859 bis 48, 502bp gefunden. Bei diesen DNAs wurde die schnellste Reaktionskomponente bei 2 µs beobachtet. Diese experimentell gefundenen Zeitkonstanten sind um mehr als drei Größenordnungen größer als die aus molekulardynamischen Simulationen vorhergesagten Zeitkonstanten. Damit wird deutlich das bei der B-A Umwandlung erhebliche Aktivierungsbarrieren überwunden werden müssen. In der Literatur wird angenonmmen, das die Dynamik interner Umwandlung von DNA sehr schnell ist. Die vorgelegten Ergebnisse zeigen das diese Annahme nicht allgemein berechtigt ist.
Schlagwörter: B-A Umwaldung von DNA doppelhelices; elektrischen Feldimpulsmethode; Magische Winkel Methode; feldinduzierte Reakionseffekte.