Cro proteinový komplex s DNA
Proteiny vázající DNA jsou proteiny, které jsou složeny z domén vázajících DNA a mají tedy specifickou nebo obecnou afinitu buď k jednovláknové, nebo dvouvláknové DNA. Proteiny vázající DNA specifické pro sekvenci obvykle interagují s hlavní drážkou B-DNA, protože odhaluje více funkčních skupin, které identifikují bazální pár. Existují však některé známé ligandy vázající DNA s úzkými drážkami, jako je Netropsin, Distamycin, Hoechst 33258, Pentamidin a další .
Mezi proteiny vázající DNA patří transkripční faktory, které modulují proces transkripce, různé polymerázy, nukleázy, které štěpí molekuly DNA, a histony, které se podílejí na obalech chromozomů v buněčném jádře. Proteiny vázající DNA mohou obsahovat takové domény, jako je zinkový prst, šroubovice-otočka-šroubovice a leucinový zip (mezi mnoha dalšími), které usnadňují vazbu na nukleovou kyselinu.
Strukturální proteiny, které vážou DNA, jsou dobře pochopitelnými příklady nespecifických interakcí DNA a proteinů. V rámci chromozomů je DNA držena v komplexech se strukturálními proteiny. Tyto proteiny organizují DNA do kompaktní struktury zvané chromatin. U eukaryot tato struktura zahrnuje vazbu DNA na komplex malých základních proteinů zvaných histony, zatímco u prokaryot se jedná o více typů proteinů. Histony tvoří komplex ve tvaru disku zvaný nukleozom, který obsahuje dva kompletní závity dvouvláknové DNA ovinuté kolem svého povrchu. Tyto nespecifické interakce vznikají prostřednictvím základních reziduí v histonech vytvářejících iontové vazby na kyselou cukrovo-fosfátovou páteř DNA, a jsou proto do značné míry nezávislé na základní sekvenci. Chemické modifikace těchto zbytků základních aminokyselin zahrnují metylaci, fosforylaci a acetylaci. Tyto chemické změny mění sílu interakce mezi DNA a histony, čímž se DNA stává více či méně přístupnou transkripčním faktorům a mění se rychlost transkripce. Mezi další nespecifické proteiny vázající DNA v chromatinu patří proteiny skupiny s vysokou mobilitou, které se vážou na ohnutou nebo deformovanou DNA. Tyto proteiny jsou důležité při ohýbání polí nukleozomů a jejich uspořádání do větších struktur, které tvoří chromozomy.
Odlišnou skupinou proteinů vázajících DNA jsou proteiny vázající DNA, které specificky vážou jednovláknovou DNA. U lidí je nejlépe pochopitelným členem této rodiny replikační protein A, který se používá v procesech, kde se odděluje dvojitá šroubovice, včetně replikace DNA, rekombinace a opravy DNA. Zdá se, že tyto vazebné proteiny stabilizují jednovláknovou DNA a chrání ji před tvorbou kmenových smyček nebo před degradací nukleázami.
Transkripční faktor lambda helix-turn-helix vázaný na cíl DNA
Naopak jiné proteiny se vyvinuly tak, aby se vázaly na určité sekvence DNA. Nejintenzivněji zkoumané z nich jsou různé transkripční faktory, což jsou proteiny, které regulují transkripci. Každý transkripční faktor se váže na jednu konkrétní sadu sekvencí DNA a aktivuje nebo inhibuje transkripci genů, které mají tyto sekvence blízko ke svým promotorům. Transkripční faktory to dělají dvěma způsoby. Za prvé, mohou vázat RNA polymerázu zodpovědnou za transkripci, buď přímo, nebo prostřednictvím jiných mediátorových proteinů; to lokalizuje polymerázu v promotoru a umožní mu zahájit transkripci. Alternativně mohou transkripční faktory vázat enzymy, které modifikují histony v promotoru; to změní přístupnost DNA šablony k polymeráze.
Vzhledem k tomu, že tyto cíle DNA se mohou vyskytovat v celém genomu organismu, mohou změny v aktivitě jednoho typu transkripčního faktoru ovlivnit tisíce genů. V důsledku toho jsou tyto proteiny často terčem signálních transdukčních procesů, které kontrolují reakce na změny prostředí nebo buněčnou diferenciaci a vývoj. Specifičnost interakcí těchto transkripčních faktorů s DNA vychází z toho, že proteiny navazují vícenásobné kontakty na okraje bází DNA, což jim umožňuje „číst“ sekvenci DNA. Většina těchto interakcí na bázi se odehrává v hlavní drážce, kde jsou báze nejvíce přístupné.
Restrikční enzym EcoRV (zelený) v komplexu s jeho substrátem DNA