ДНК удерживается вместе с помощью гидрофобных эффектов
Открытие имеет решающее значение для понимания отношений ДНК с окружающей средой
Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, обнаружили новый аспект того, как ДНК связывает себя, и роль, которую играют гидрофобные эффекты. Они показывают, как небольшие изменения в свойствах воды могут контролировать процесс связывания. Исследование открывает двери для нового понимания в исследованиях в области медицины и наук о жизни. Работа представлена в журнале PNAS.
ДНК состоит из двух нитей, состоящих из молекул сахара и фосфатных групп. Между этими двумя нитями находятся азотистые основания, соединения, составляющие гены организмов, с водородными связями между ними. Эти водородные связи иногда считаются решающими для удержания двух нитей вместе.
Но теперь исследователи из Технологического университета Чалмерса показывают, что секрет спиральной структуры ДНК может заключаться в том, что молекулы имеют гидрофобное внутреннее пространство в среде, состоящей в основном из воды.
Поэтому среда является гидрофильной, в то время как азотистые основания молекул ДНК гидрофобны, отталкивая окружающую воду. Когда гидрофобные единицы находятся в гидрофильной среде, они группируются вместе, чтобы минимизировать их воздействие на воду.
Роль водородных связей, которые иногда рассматривались как решающие для удержания спиралей ДНК вместе, по-видимому, больше связана с сортировкой пар оснований, так что они соединяются вместе в правильной последовательности.
Это открытие имеет решающее значение для понимания отношений ДНК с окружающей средой.
«Клетки хотят защитить свою ДНК, а не подвергать ее воздействию гидрофобной среды, которая иногда может содержать вредные молекулы», — говорит Бобо Фенг, один из исследователей. «Но в то же время ДНК клеток должна открыться, чтобы их можно было использовать».
«Мы считаем, что клетка большую часть времени хранит свою ДНК в водном растворе, но как только клетка хочет что-то сделать со своей ДНК, например, прочитать, скопировать или восстановить ее, она подвергает ДНК действию гидрофобной среды».
Например, воспроизводство подразумевает, что пары оснований растворяются друг от друга и раскрываются. Ферменты затем копируют обе стороны спирали, чтобы создать новую ДНК. Когда дело доходит до восстановления поврежденной ДНК, поврежденные участки подвергаются гидрофобной среде и подлежат замене. Каталитический белок создает гидрофобную среду. Этот тип белка занимает центральное место в восстановлении ДНК, а это значит, что он может стать ключом к борьбе со многими серьезными заболеваниями.
Понимание этих белков может дать много нового понимания того, как мы можем, например, бороться с устойчивыми бактериями или потенциально даже вылечить рак. Бактерии используют белок под названием RecA для восстановления своей ДНК, и исследователи полагают, что их результаты могут дать новое понимание того, как этот процесс работает — потенциально предлагая методы его остановки и тем самым убивая бактерии.
Bobo Feng et al, Hydrophobic catalysis and a potential biological role of DNA unstacking induced by environment effects, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1909122116