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Lexikon der Biologie: supercoil

supercoil [von *super- , engl. coil = Windung], supercoil-DNA, die durch Verdrillung (engl. twist) entstehenden Verknäuelungsstrukturen doppelsträngiger DNA (Doppelstrang, Desoxyribonucleinsäuren). Die Verknäuelungsstrukturen sind – ähnlich verdrillten ringförmigen Gummibändern oder -schläuchen – ganz oder teilweise helikal (Superhelix) aufgebaut (DNA-Topoisomerasen) und bewirken insgesamt eine Verdichtung der DNA-Ketten (ringförmige DNA). Obwohl supercoil-Strukturen besonders gut an kleinerer, ringförmiger, doppelsträngiger DNA nachgewiesen werden konnten, da hier freibewegliche Enden fehlen und so die jeweiligen Verdrillungszustände stabilisiert sind, zeigt auch die langkettige DNA von Chromosomen trotz Linearität (freibewegliche Enden) supercoil-Strukturen, die hier durch die Windungen um die Nucleosomen bedingt sind (Chromatin). Eine rechtsgängige Verdrillung von DNA-Enden kann ein je nach Verdrillungsgrad mehr oder weniger starkes Aufbrechen von Basenpaaren (lokale Lösung der Doppelhelix zu Einzelsträngen), besonders in Bereichen von hohem AT-Gehalt (schwache Basenpaarungskräfte), bewirken, weshalb eine rechtsgängige Verdrillung als negativer Supertwist bezeichnet wird. Die Verdrillung kann jedoch alternativ zu der der DNA-Doppelhelix überlagerten Spiralisierung des supercoils und damit zur DNA-Verknäuelung führen. Da die aus Zellen isolierte DNA immer negativen Supertwist aufweist, wird angenommen, daß das durch diesen bedingte Gleichgewicht zwischen lokalen Einzelstrangbereichen und supercoil von physiologischer Bedeutung für die Aktivierung von Genen bzw. für die Kondensation von DNA zu den Chromosomen ist. Ein positiver Supertwist entspricht einer linksgängigen Verdrillung von DNA-Enden und damit einer Überspiralisierung der DNA-Doppelhelix. Bei der DNA-Replikation bildet sich ein positiver Supertwist vorübergehend und lokal oberhalb der Replikationsgabel, der jedoch durch die Wirkung von Topoisomerasen laufend ausgeglichen wird. Positiver Supertwist und die damit einhergehenden supercoil-Strukturen können aber auch künstlich unter der Wirkung von Topoisomerasen II oder durch interkalierende Agenzien (z.B. Ethidiumbromid) erzeugt werden.

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