Кільцева молекула ДНК
Після того як молекулу ДНК навчилися виділяти з клітки, то незабаром переконалися, що веде вона себе як звичайний лінійний полімер. У неї було 2 кінця, і ніхто не сумнівався, що це звичайна лінійна ланцюг. Правда, виникали сумніви, які гени вважати кінцевими. Тому генетичні карти малювали у вигляді кільцевих діаграм. Згодом виявилося, що саме такі карти і відображають дійсну будову молекул.
Вивчаючи маленькі ДНК онкогенних вірусів, що викликають рак, фахівці виявили, що деякі з них замкнуті в кільця. Однак великого інтересу це не викликало. Хіба мало яка форма у молекул у вірусах. Але все-таки кільцева молекула ДНК незабаром змусила звернути на себе увагу. Справа в тому, що навіть якщо маленька ДНК в вірусної частинки лінійна, то після проникнення вірусу в клітину, замикається в кільце.
Виявилося, що перед початком реплікації лінійна молекула набуває репликативную форму. У ній обидві комплементарні ланцюга утворюють кільця. Така форма виявилася у ДНК бактерій кишкової палички. Плазміди завжди кільцеві. Одним словом, головна молекула в прокариотической клітці завжди має кільцеву форму. А ось, що стосується еукаріот, то її хромосомная ДНК завжди лінійна. Звідси виникає закономірне питання: навіщо прокариотической клітці замикати головну молекулу в кільце?
сверхспіралізаціі
У головній молекулі комплементарні ланцюга обвивають один одного, як ліани. Коли вони замикаються, то два кільця зчіплюються так, що їх неможливо розвести. Існуючий в ній порядок зачеплення 2-х ланцюгів не може змінитися. При цьому замкнута молекула ДНК має особливі властивості, які різко відрізняються від лінійної молекули. Справа ж у тому, що в кільцевому освіту запасається про запас енергія у вигляді так званих сверхвітков.
Звідси фахівці зробили висновок, що сверхспіралізаціі не виняток, а правило. Але розмова-то йшла про виділених з клітин молекулах. А яку форму вони мають всередині клітин? З'ясувалося, що там вони зовсім інші. Тобто сверхспіралізаціі є реакцією на насильницьке вилучення головною молекули з рідної стихії. Адже умови, в яких знаходиться ДНК всередині клітини, кардинально відрізняються від умов поза нею.
У клітці головна молекула пов'язана з білками, які розкривають подвійну спіраль і розплітає в цих місцях 2 ланцюга. Але якщо молекулу очистити від білків, то вона тут же перейде в сверхспіралізованное стан. Так спочатку пояснили явище сверхспіралізаціі, що не надавши йому ніякого біологічного значення. Однак згодом з'ясувалося, що все не так просто.
У наші дні існує багато гіпотез про роль сверхспіралізаціі в роботі клітини. Ми розглянемо одну з них, яка здається найбільш простий і правдоподібною. Виникла ця гіпотеза на тій підставі, що перед тим, як почати подвоюватися, головна молекула закручується в сверхспіраль. Але для процесу реплікації така спіраль не потрібна. Більш того, часто перед цим процесом одна з ланцюгів ДНК рветься. Розрив робить спеціальний білок. Виходить нісенітниця: один білок закручує молекулу в сверхспіраль, а інший негайно ліквідує.
Пояснення цьому може бути тільки одне: клітина перевіряє свою головну молекулу на цілісність цукрово-фосфатного ланцюга. Тобто має місце своєрідний технічний контроль на молекулярному рівні. Іншими словами, в клітці існує репаруючу система, яка заліковує пошкодження. Для цього у неї є безліч ферментів. Нуклеази рвуть ланцюг ДНК поблизу пошкодженої нуклеотиду. Інші ферменти видаляють зіпсоване ланка. При цьому генетична інформація зберігається, і віддалена частина ланцюга відновлюється.
Таким чином, клітина постійно заліковує рани, які наносяться головною молекулі. Що трапиться, якщо одночасно з ремонтом почнеться процес реплікації? Дійшовши до розриву ланцюга, полімераза, що здійснює реплікацію, зупиниться. В результаті не зможе йти ні один, ні інший процес. Це катастрофа. Тому реплікацію слід починати тільки після завершення ремонту. А як в цьому переконатися?
Ось тут на допомогу і приходь сверхспіралізаціі. Адже вона можлива лише в тій головній молекулі, у якій обидві ланцюга цілі. А перевірити це дуже просто. У сверхспіралі набагато легше розвести комплементарні ланцюжка, тобто розкрити подвійну спіраль. Якщо ж що ланцюг не розлучається, то необхідно чекати, так як головна молекула поки ще не готова до відтворення. Звідси випливає висновок: кільцева молекула ДНК забезпечує сверхспіралізаціі. Адже в лінійної ланцюга її здійснити неможливо.