ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физикя н математики за работой из "Самая главная молекула" Конечно, позиция эта недальновидна. То, о чем было рассказано в предыдущих главах, убеждает, что при изучении ДНК даже самые, казалось бы, пустяковые факты могут привести к открытиям первостепенной важности. [c.88] Так кто же осмелится утверждать, что тщательное изучение структуры ДНК не откроет нам совсем новые характеристики молекулы, важные для ее работы, не выявит новые ферменты, о которых никто раньше и не подозревал Где гарантия, что в результате мы не сможем еще активнее вмешиваться в генегические процессы Исследования последних лет вселяют уверенность, что именно изучение биологической роли тонких особенностей структуры ДНК обещает наиболее интересные и неожиданные находки. Пожалуй, самое яркое свидетельство тому — открытие кольцевой формы ДНК, явления сверхспирализации и ферментов то-поизомераз. При выяснении возникших здесь вопросов молекулярным биологам в наибольшей степени потребовалась помощь со стороны физики и математики. [c.88] Электронные микроскописты изучали маленькие ДНК онкогенных вирусов, т. е. вирусов, вызывающих рак. Генетические сведения об этих ДНК практически вообще отсутствовали, но работать с ними было удобно — маленькие ДНК не рвутся на куски, как это происходит с длинными молекулами, выделять которые в неповрежденном виде — очень трудная задача. Так вот, к величайшему удивлению своему, микроскописты обнаружили, что некоторые вирусные ДНК замкнуты в кольцо. Это наблюдение было сделано в начале 60-х годов. Стало ясно, что кольцевые генетические карты — штука вовсе не случайная. [c.89] Однако особого интереса открытие не вызвало. Мало ли какой бывает ДНК в вирусах Иногда она находится там в виде одной из двух комплементарных нитей. [c.89] Порой эта нить замкнута в кольцо. [c.89] Но заведомо известно и много случаев, когда внутри вирусной частицы ДНК линейна. [c.89] Зачем клетке замыкать молекулы ДНК в кольца Что это дает К каким изменениям свойств молекул приводит Чтобы ответить на эти вопросы, надо было подробно изучить эту новую форму ДНК. [c.89] Для нас сейчас важнее всего то, что в молекуле ДНК комплементарные цепи обвивают друг друга подобно двум лианам, и когда каждую из цепей замыкают, то два кольца оказываются зацепленными так, что их невозможно развести. Простейшее зацепление двух колец известно всем—это символ бракосочетания (рис. 22), Только две комплементарные цепи в ДНК сцеплены друг с другом гораздо сильнее. [c.90] Количественно степень зацепленности двух колец характеризуется величиной, называемой порядком зацепления и обозначаемой Lk (от английского слова linking). Определить эту величину для любого зацепления очень легко Нужно представить себе, что на одно кольцо натянута мыльная пленка, и под считать, сколько раз второе кольцо про тыкает эту пленку. Тогда легко убедиться что для символа бракосочетания Lk = 1 а для зацепления, изображенного на рис 21, Lk = 9. [c.90] если мы превратили ДНК в кольцевую замкнутую молекулу, то созданный в ней порядок зацепления двух нитей не может измениться, что бы мы ни делали с молекулой, пока сахаро-фосфатные цепи, образующие хребет каждой из комплементарных цепочек, остаются целыми и невредимыми. Благодаря этому обстоятельству замкнутые кольцевые (зк) ДНК обладают совершенно особыми свойствами, резко отличающими их от линейных молекул. Самое главное заключается в том, что в зкДНК может быть запасена впрок энергия в виде так называемых сверхвитков. [c.90] Обычно сверхспирализованные молекулы принимают форму, показанную на рис. 23. Количественно сверхспирализация характеризуется величиной х = Ьк — N у . Подобно тому как самой двойной спирали приписывается определенный знак (положительный для правой спирали и отрицательный для левой), так и сверхспирализация может в принципе быть положительной или отрицательной. На рис. 23 двойная спираль правая, как и положено для ДНК, а сверхспирализация отрицательна. [c.91] Теперь можно моделировать сверхспирализацию. Для этого, держа один конец неподвижным, вращайте другой конец шланга вокруг оси штыря так, чтобы ось шланга образовала левую винтовую линию. Затем дайте замкнутому в кольцо шлангу принять наиболее выгодное для него положение, придерживая его двумя пальцами одной руки. Вы убедитесь, что он примет форму, аналогичную изображенной на рис. 23. [c.92] По мере того как из клеток аккуратно выделяли все новые ДНК и определяли их состояние, вновь и вновь убеждались в том, что эти ДНК не только замкнуты в кольцо, но и завиты в сверхвитки при этом сверх-сппрализация абсолютно во всех случаях оказывалась отрицательной. [c.92] Стало ясно, что сверхсппрализованное состояние ДНК не исключение, как думали вначале, а правило. Но тут возникло сомнение, — а такова ли ДНК там, внутри клетки Пришлось признать, что, скорее всего, — нет, не такова. По-видпмому, сверхспирализация — это реакция на насильственное извлечение ДНК из родной стихии, ведь условия, в которых пребывает ДНК внутри клетки, конечно же, отличаются от условий после ее извлечения. [c.92] В клетке ДНК связана с какими-то белками, в частности, с теми, которые раскрывают двойную спираль и расплетают в этих местах две нити. Но из-за расплетения среднее для всей молекулы значение 0 становится больше, чем для чистой ДНК, не связанной с белками. Поэтому, если ДНК все-таки не закручена в клетке в сверхспираль, то очистка ее от белков приведет к тому, что она обязательно перейдет в сверхсппрализованное состояние с отрицательным знаком. [c.92] Таково было простейшее объяснение сверхспирализации ДНК, сложившееся к началу 70-х годов. Оно означало, что сверхспирализация не имеет никакого биологического значения. [c.92] Джерома Винограда, открывшего само явление сверхспирализации, п Джеймса Уонга. Кому охота была изучать свойство ДНК, явно ие имеющее биологического значения Собственно, и Уонг подключился только потому, что решил выяснить, могут ли те или иные белки расплетать ДНК. [c.93] Опыты Уонга требовали времени и усилий надо было в зкДНК разрывать одну из нитей, создавать комплекс между белком и разорванной ДНК, затем залечивать разрыв лигазой, отделять ДНК от белка и, наконец, измерять величину сверхспирализации. Хорошо бы иметь один белок, который и рвет нить, и залечивает разрыв, думал Уонг. Насколько меньше было бы возни. И он принялся искать такой белок в клеточных экстрактах кишечной палочки. [c.93] Что могло помочь в поисках Приметы были ясны если нужный белок существует, то с его помощью сверхспирали-зованная ДНК должна превращаться в кольцевую замкнутую молекулу, не имеющую сверхвитков. В самом деле, как только белок разорвет одну из нитей, напряжение в ДНК немедленно пропадет, то есть сверхспираль исчезнет. А когда белок залечит разрыв, то получится ДНК, у которой Ьк = = Л//уо. Иными словами, шла охота за ферментом, способным менять величину Ьк. [c.93] Вернуться к основной статье