Исследователи из Европы однозначно определили, что происходит с
молекулой ДНК при ее растяжении до предела прочности – этот вопрос
интересовал биохимиков десятки лет.
Растянутая до предела нить ДНК с флуоресцентными метками. (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci.,2009, DOI: 10.1073_pnas.0904322106)
Информация о процессах, протекающих при растяжении ДНК весьма важна,
так как в процессах репликации, репарации и транскрипции ДНК клетки
подвергается многочисленным механическим воздействиям. Информация о
эластичных свойствах ДНК может снабдить исследователей новой
информацией об особенностях взаимодействия ДНК с белками-ферментами,
управляющими протеканием этих процессов.
Почти два десятилетия назад было показано, что при растяжении
молекулы двуспиральной ДНК с ней происходит необычное превращение.
Первоначально молекула сопротивляется растяжению. При приложении силы
со значением 65 пиконьютон биомолекула растягивается до длины, в 1,7
раз превышающей исходную длину, после чего вновь продолжает
сопротивляться растяжению уже вплоть до разрыва.
Для объяснения наблюдаемых явлений было предложено две гипотезы.
Первая заключается в том, что молекула ДНК остается неповрежденной, а
при нагрузке 65 пН расплетается, сохраняя двуспиральное строение.
Вторая гипотеза заключается в том, что механическое усилие приводит к
плавлению двуспиральной ДНК (разрыву водородных связей между
комплементарными азотистыми основаниями) и переходу ДНК из дву- в
односпиральное состояние.
Эрвин Петерман (Erwin Peterman) с коллегами из Нидерландов, Франции
и Швеции определил, какая из гипотез верна. Исследователи воспроизвели
эксперимент по растяжению нити ДНК, прикрепив 5’ и 3’-концы
двуспиральной ДНК к бусинам из полистирола, сами бусины могут
перемещаться с контролируемой силой натяжения нити при помощи системы
лазеров – оптических щипцов.
Методика Петермана отличалась от ранее проведенных экспериментов по
растяжению ДНК тем, что в систему было введено две флуоресцентные
метки, одна из которых селективно связывается с односпиральной ДНК, а
другая – с двуспиральной. Эти метки позволяют однозначно определить,
сохраняет ли при растяжении ДНК двуспиральное строение или все же
происходит разрыв водородных связей между парами А-Т и Г-Ц.
Эксперименты Петермана продемонстрировали, что при натяжении ДНК
постепенно происходит распаривание двуспиральной ДНК, которое, к тому
же, происходит с обоих концов цепи, к которым прикладывается
механическая нагрузка. Таким образом, эксперименты подтвердили, что
правильной является вторая гипотеза, и при механической нагрузке
двуспиральная ДНК превращается в односпиральную, длина которой на 70%
больше длины исходной двуспиральной.
Источник: Proc. Natl. Acad. Sci.,2009, DOI: 10.1073_pnas.0904322106
метки статьи: биохимия, медицинская химия, молекулярная биология, нанотехнологии, физическая химия, химия полимеров
|