27 юни 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Заснеха за първи път репликация на ДНК (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 21 юни 2017 в 08:5171770
Източник: James Graham/UC Davis

Почти целият живот на Земята е основан на удвояване на ДНК или репликация.

Сега за първи път учените успяха да наблюдават репликация на една молекула ДНК и направиха някои изненадващи открития, съобщава Eurekalert.

Едното от тях - има много по-голяма произволност отколкото се смяташе досега. 

"Това е различен начин на мислене относно репликацията, който поражда нови въпроси", отбелязва Стивън Ковалчиковски, професор по микробиология и молекулярна генетика в Калифорниийския университет в Дейвис.

Трудът е публикуван в списание Cell в съавторство с Джеймс Греъм (James Graham), учен от Университета Дейвис, както и Кенет Мариънс (Kenneth Marians) от Sloan Kettering Cancer Center.

Като използват сложна образна технология и голяма доза търпение, учените успяват да наблюдават ДНК на бактерия E. coli докато се репликира и да измерят колко бързо ензимният механизъм работи по различните нишки. 

Една от характеристиките, която отличава живите организми от вирусите и неживата природа е способността сами да създават свои копия на генетичния си код, който "записват" всички компоненти и процеси в клетката. Този процес, наречен ДНК репликация, е една от най-сложните химични реакции във Вселената.

Двойната спирала на ДНК е съставена от две нишки, като всяка нишка е съставена от серии от бази A (аденин), T (тимин), C (цитозин) и G (гуанин), които се събират по двойки между нишките: А към Т и С към G.

В репликацията участват няколко десетки протеини, всеки от които изпълнява своя собствена функция. Първо хромозомите "се размотават" с помощта на протеина FACT, след това на ДНК спиралата "се разплита" от ензима хеликаза, след това се присъединява към тях на протеинът примаза и протеините, наречени ​​ДНК полимерази започват процеса на копиране четейки спиралата и сглобявайки неин аналог от отделни молекули нуклеотиди, които са "буквите" на генетичния запис.

Учените първоначално са смятали, че двете спирали ДНК се копират едновременно. Първите наблюдения на този процес показват, че полимеразата работи по различен начин върху тях. Върху едната нишка - "водещата" - полимеразата може да се движи непрекъснато, като оставя следа от нови двойнооплетени ДНК зад себе си. Но върху другата - "изоставащата" - полимеразата трябва да започне отначало, като се прикрепва, произвежда двойно оплетена ДНК и след това започва отначало.

Полимеразата върху водещата и изоставащата нишки по някакъв начин са синхронизирани, така че едната да не застане пред другата, но как става това досега бе неизвестно.

Ковалчиковски и колегите му се опитаха да намерят отговор на този въпрос, проследявайки копирането на късите нишки на кръговата ДНК, извлечени от Ешерихия коли, Те ги "залепват" на предметно стъкло с помощта на модифицирана версия примаза.

Тази стъклена пластина поставят в разтвор, в който са ДНК полимеразата, клетъчен АТФ (аденозинтрифосфат - молекула, която при разкъсването си освобождава енергия за нуждите на организма) и особен набор от нуклеотиди, белязани с луминесцентни протеинови молекули. Протеините светят само когато прикаченият към тях нуклеотид е присъединен към двойните нишки на ДНК, което позволи на екипа да проследи как растат копията на хромозомата на Е.коли.

Щом Греъм, Ковалчиковски и Мариънс започват да наблюдават отделните ДНК нишки, те забелязват нещо неочаквано. Репликацията спира изведнъж и когато се стартира наново, тя може да промени скоростта си. "Тази скорост варира десетократно", съобщава Ковалчиковски.

Понякога синтезирането на изоставащата нишка спира, но водещата нишка продължава да расте. Това се проявява като тъмна област в сияещата нишка, защото луминесцентните протеинови молекули не се прикрепват към нишка ДНК.

"Демонстрирахме, че няма координация между нишките. Те са напълно автономни", изтъква Ковалчиковски.

Това, което изглежда като синхронизация, всъщност е резултат от случаен процес на стартиране, стопиране и вариращи скорости. С времето всяка нишка ще започне да се мести на средна скорост. Ако се погледнат няколко нишки по едно и също време, ще се види, че те имат еднаква средна скорост.

Ковалчиковски ги оприличава на трафик по магистрала. "Понякога трафикът в една лента се движи по-бързо и ви изпреварва, а след това вие изпреварвате. Но ако пътувате достатъчно надалеко, ще стигнете до едно и също място по едно и също време", обяснява още ученият.

Екипът учени също така открива в хеликазата вид защитен превключвател или автоматична спирачка, която разгражда ДНК преди останалите ензими. Когато полимеразата спре, хеликазата продължава да работи, търсейки потенциални слаби места в размотаната ДНК, която биха били уязвими за повреда. Всъщност разплетената еднонишкова ДНК подава предупреждаващ сигнал вътре в клетката, който активира ремонтните ензими.

Оказва се обаче, че когато не е по двойки и започне да се отдръпва от останалия репликационен комплекс, хеликазата се забавя петкратно. Затова тя може да напредва докато останалите ензими не я догонят и след това отново да се ускори.

Този новооткрит хаотичн механизъм на работа е и нова гледна точка за ДНК репликацията и останалите биохимични процеси, коментира Ковалчиковски. "Това е истинска промяна на парадигмата, и разклаща основите на голям дял от това, което се намира в учебниците", добавя той.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.