Растяжение ДНК даёт неожиданный результат
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что при растяжении молекула ДНК не разматывается, как предполагалось ранее, а наоборот, сначала дополнительно закручивается.
Ключевые выводы:
- При приложении силы растяжения до 30 пиконьютонов (1 пН ≈ триллионная часть силы, удерживающей яблоко в поле тяжести Земли) ДНК перекручивается.
- При превышении порога в 30 пиконьютонов двойная спираль начинает разматываться, что соответствует прежним прогнозам.
- Перекручивание приводит к удлинению молекулы примерно на 0,5 нанометра за один виток.
Метод исследования:
Учёные под руководством биофизика Карлоса Бустаманте использовали технику «отслеживания роторной бусины»:
- Молекула ДНК закреплена одним концом на поверхности.
- К свободному концу прикреплена намагниченная бусина, с помощью которой создаётся контролируемое натяжение.
- В определённой точке спираль надрезается («ник»), создавая свободно вращающийся шарнир.
- Ниже надреза крепится пластиковая бусина-«ротор», вращение которой в ответ на растяжение регистрируется.
Объяснение и значение:
Для объяснения эффекта предложена простая модель упругого стержня (сохраняющего объём), обмотанного жёсткой проволокой (аналог сахаро-фосфатного остова ДНК). При растяжении диаметр стержня уменьшается, что позволяет проволоке сделать больше витков на той же длине.
Это открытие меняет понимание механических свойств ДНК и имеет важное значение для:
- Механизмов узнавания целевых участков ДНК ДНК-связывающими белками, которые могут достигать своих целей, одновременно растягивая и перекручивая молекулу (или сжимая и раскручивая её).
- Развития нанотехнологий, где ДНК может стать источником энергии для наномоторов.
Исследование опубликовано в журнале Nature в статье «DNA Overwinds When Stretched».