Расплетение двойной спирали ДНК оказалось связано с ее длиной

27.11.2019

Узнать это российским ученым помогли суперкомпьютеры МГУ и Института математических проблем биологии РАН

ТАСС, 26 ноября. Российские ученые с помощью математического моделирования изучили условия, при которых двойная спираль ДНК распадается. Полученные данные важны не только для того, чтобы понимать внутриклеточные процессы и связанные с этим заболевания, но и для того, чтобы разрабатывать биочипы на основе ДНК. Об этом сообщила пресс-служба Института математических проблем биологии Российской академии наук (ИМПБ РАН) со ссылкой на публикацию в European Physical Journal B.

"Мы математически исследовали фазовый переход: при какой температуре ДНК распадается на две цепочки. Оказалось, что пик теплоемкости зависит от длины цепочки - чем короче, тем температура плавления ниже", - прокомментировал один из авторов исследования, сотрудник ИМПБ РАН Илья Лихачев.

Исследование термодинамических характеристик ДНК нужно для того, чтобы понимать такие жизненно важные процессы как репликация (расплетение) ДНК, деление клетки, лечения болезней, изучение старения, а также синтеза белков - основной функции ДНК. Также эти данные важны для биоэлектроники, целью которой является создание устройств на основе ДНК: биочипов и микропроцессоров.

В новом исследовании ученые с помощью компьютерного моделирования показали, что вблизи фазового перехода молекула ДНК может находиться в разных состояниях: в комплементарном, то есть в виде спирали, в открытом, то есть в расплетенном и в частично расплетенном. Именно возможностью находиться в различных состояниях при одной и той же температуре и объясняется полученные результаты. Для вычислений они использовали суперкомпьютер МГУ "Ломоносов", а также суперкомпьютеры Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН.

Научный руководитель ИМПБ РАН Виктор Лахно пояснил, что, в отличие от прежних работ, в новом исследовании была изучена молекула ДНК небольшой длины в динамике в процессе медленного нагревания, а не равновесном состоянии, как это до сих пор делалось в теоретических исследованиях.

ДНК - полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков - нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C)). При этом аденин (A) соединяется только с тимином (T), гуанин (G) - только с цитозином (C). Разделение на две цепочки начинается с концов ДНК, у которых температура плавления значительно ниже, чем у остальной молекулы.

Источник: ТАСС

©РАН 2019