Компоненты ДНК удерживают вместе гидрофобные силы

Ученые из Чалмерского технологического университета опровергли устоявшуюся теорию, что молекулы ДНК удерживают себя сами. Оказалось, что за скрепление структуры отвечает вода, а не водородные связи.

Открытие создает новые возможности развития медицинских и биологических наук. Выводы исследования опубликованы в журнале PNAS, сообщает eurekalert.org.

ДНК сделана из 2 нитей сахарных молекул и фосфатных групп. Между ними расположены азотные базы, составляющие гены, скрепленные водородными связями. До недавнего времени считалось, что именно они удерживают нити вместе. Исследователи показали, что спиральную структуру ДНК может обеспечивать гидрофобный интерьер молекул, находящихся в среде, преимущественно состоящей из воды. Оказавшись в гидрофильных условиях, такие объекты стремятся сгруппироваться, минимизируя контакт с жидкостью.

Водородные связи отвечают за сортировку пар оснований, обеспечивая их правильную последовательность.

Открытие играет важную роль в понимании отношений ДНК с окружением.

«Клетки стремятся защитить гены. Они не дают ДНК контактировать с гидрофобной средой, способной содержать вредные молекулы, — сказал Бобо Фенг. – Но, одновременно, ДНК нужно открывать для использования. Мы считаем, что клетки держат ее в водном растворе большую часть времени. Если нужно что-то сделать, ДНК помещают в гидрофобную среду».

Такие условия создают каталитические белки. Они отвечают за восстановление ДНК, являясь потенциальным инструментом для борьбы со многими серьезными болезнями. Понимание механизмов действия белков поможет, например, справиться с устойчивыми к антибиотикам бактериями или раком. В человеческих клетках за восстановление ДНК отвечает Rad51.

«Мы долго считали, что спирали удерживают вместе водородные связи. Оказалось, за это отвечают гидрофобные силы, — сказал Фенг. – Мы также показали, что поведение ДНК меняется в гидрофобной среде. Это может помочь понять структуру, механизмы ее восстановления. Никто ранее не помещал ДНК в гидрофобную среду для изучения поведения. Неудивительно, что механизм открыли только сейчас».

Авторы использовали раствор полиэтиленгликоля. Они постепенно меняли условия, в которых находилась ДНК, от гидрофильных до гидрофобных. Специалисты определяли условия, в которых начнется разрушение структуры. Выяснилось, что на границе гидрофобности и гидрофильности спираль начинает раскручиваться. Под действием внешних импульсов или случайного движения, пары оснований расходятся, образуя дыры, в которые попадает вода. Стремясь сохранить внутреннюю поверхность сухой, ДНК сжимается, заставляя элементы соединиться и вытеснить жидкость.