Главная            О проекте            Карта сайта            Обновления            Ссылки

Кольцевая молекула ДНК

После того как молекулу ДНК научились выделять из клетки, то вскоре убедились, что ведёт она себя как обычный линейный полимер. У неё было 2 конца, и никто не сомневался, что это обычная линейная цепь. Правда, возникали сомнения, какие гены считать концевыми. Поэтому генетические карты рисовали в виде кольцевых диаграмм. Впоследствии оказалось, что именно такие карты и отражают истинное строение молекул.

Изучая маленькие ДНК онкогенных вирусов, вызывающих рак, специалисты обнаружили, что некоторые из них замкнуты в кольца. Однако большого интереса это не вызвало. Мало ли какая форма у молекул в вирусах. Но всё-таки кольцевая молекула ДНК вскоре заставила обратить на себя внимание. Дело в том, что даже если маленькая ДНК в вирусной частице линейна, то после проникновения вируса в клетку, замыкается в кольцо.

Изображение кольцевой молекулы ДНК

Оказалось, что перед началом репликации линейная молекула приобретает репликативную форму. В ней обе комплементарные цепи образуют кольца. Такая форма оказалась у ДНК бактерий кишечной палочки. Плазмиды всегда кольцевые. Одним словом, главная молекула в прокариотической клетке всегда имеет кольцевую форму. А вот, что касается эукариот, то её хромосомная ДНК всегда линейная. Отсюда возникает закономерный вопрос: зачем прокариотической клетке замыкать главную молекулу в кольцо?

Сверхспирализация

В главной молекуле комплементарные цепи обвивают друг друга, как лианы. Когда они замыкаются, то два кольца сцепляются так, что их невозможно развести. Существующий в ней порядок зацепления 2-х цепей не может измениться. При этом замкнутая молекула ДНК обладает особыми свойствами, которые резко отличаются от линейной молекулы. Дело же в том, что в кольцевом образовании запасается впрок энергия в виде так называемых сверхвитков.

Отсюда специалисты сделали вывод, что сверхспирализация не исключение, а правило. Но разговор-то шёл о выделенных из клеток молекулах. А какую форму они имеют внутри клеток? Выяснилось, что там они совсем другие. То есть сверхспирализация представляет собой реакцию на насильственное извлечение главной молекулы из родной стихии. Ведь условия, в которых находится ДНК внутри клетки, кардинально отличаются от условий вне её.

В клетке главная молекула связана с белками, которые раскрывают двойную спираль и расплетают в этих местах 2 цепи. Но если молекулу очистить от белков, то она тут же перейдёт в сверхспирализованное состояние. Так вначале объяснили явление сверхспирализации, не придав ему никакого биологического значения. Однако впоследствии выяснилось, что всё не так просто.

В наши дни существует много гипотез о роли сверхспирализации в работе клетки. Мы рассмотрим одну из них, которая кажется наиболее простой и правдоподобной. Возникла эта гипотеза на том основании, что перед тем, как начать удваиваться, главная молекула закручивается в сверхспираль. Но для процесса репликации такая спираль не нужна. Более того, часто перед этим процессом одна из цепей ДНК рвётся. Разрыв делает специальный белок. Получается бессмыслица: один белок закручивает молекулу в сверхспираль, а другой немедленно ликвидирует.

Объяснение этому может быть только одно: клетка проверяет свою главную молекулу на целостность сахаро-фосфатной цепи. То есть имеет место своеобразный технический контроль на молекулярном уровне. Иными словами, в клетке существует репарирующая система, которая залечивает повреждения. Для этого у неё имеется множество ферментов. Нуклеазы рвут цепь ДНК вблизи повреждённого нуклеотида. Другие ферменты удаляют испорченное звено. При этом генетическая информация сохраняется, и удалённая часть цепи восстанавливается.

Таким образом, клетка постоянно залечивает раны, которые наносятся главной молекуле. Что случится, если одновременно с ремонтом начнётся процесс репликации? Дойдя до разрыва цепи, полимераза, осуществляющая репликацию, остановится. В результате не сможет идти ни один, ни другой процесс. Это катастрофа. Поэтому репликацию следует начинать только после завершения ремонта. А как в этом убедиться?

Вот тут на помощь и приходи сверхспирализация. Ведь она возможна лишь в той главной молекуле, у которой обе цепи целые. А проверить это очень просто. У сверхспирали гораздо легче развести комплементарные цепочки, то есть раскрыть двойную спираль. Если же цепь не разводится, то необходимо ждать, так как главная молекула пока ещё не готова к воспроизведению. Отсюда следует вывод: кольцевая молекула ДНК обеспечивает сверхспирализацию. Ведь в линейной цепи её осуществить невозможно.