Ещё
В Киеве призвали начать полноценную войну с Россией
В Киеве призвали начать полноценную войну с Россией
В мире
В России ответили Эстонии на территориальные претензии
В России ответили Эстонии на территориальные претензии
Политика
Что Ванга предсказала России в 2020 году
Что Ванга предсказала России в 2020 году
В мире
Порошенко забросали яйцами на Майдане
Порошенко забросали яйцами на Майдане
В мире

Ученые «расплавили» ДНК на суперкомпьютере 

Ученые «расплавили» ДНК на суперкомпьютере
Фото: depositphotos.com
Российские ученые рассчитали на отечественном суперкомпьютере параметры денатурации ДНК — разъединения цепочек двойной спирали. Этот процесс предшествует любой реакции, связанной с наследственным материалом, например синтезу дочерних молекул. Полученные результаты помогут лучше понять принципы жизнедеятельности клетки, а в будущем приблизиться к созданию электронных устройств на основе ДНК. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Статья опубликована в журнале European Physical Journal B.
ДНК — хранитель генетической информации — обычно находится в клетке в комплементарном состоянии, в виде двойной спирали. Эту структуру можно разрушить, разделив полинуклеотидные цепи с помощью нагревания. При повышении температуры водородные связи между ними начинают распадаться и происходит денатурация (или плавление) ДНК. Двойная спираль расплетается с образованием беспорядочных одноцепочечных клубков до тех пор, пока обе цепи не разделятся полностью. Такое состояние называется открытым. Полное или частичное разделение цепей происходит в определенном интервале температур, который зависит от нуклеотидного состава ДНК и других условий, а средняя точка в интервале называется температурой ее плавления.
Денатурация ДНК предшествует любой реакции, связанной с передачей генетической информации, поэтому условия, при которых молекула находится в комплементарном или открытом состоянии, очень важны для понимания этих процессов. Ученые из Института математических проблем биологии (ИМПБ РАН, г. Пущино) вычислили параметры процесса плавления ДНК. Они рассчитали, как изменяется ее теплоемкость — количество теплоты, которое нужно затратить на то, чтобы нагреть вещество на один градус, — в зависимости от температуры в процессе медленного нагревания. Авторы провели моделирование для цепочки конечной длины в 100 нуклеотидов методом молекулярной динамики и получили кривую ее теплоемкости. В предыдущих теоретических исследованиях теплоемкость рассчитывалась для цепочки бесконечной длины в равновесных состояниях, при которых температура и другие параметры системы постоянны во времени. Параллельная программа, разработанная сотрудниками ИМПБ РАН, проводила расчеты на суперкомпьютере Ломоносов , а также на суперкомпьютерах Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН.
Моделирование показало, что при одной температуре в области плавления молекула ДНК может находиться в трех состояниях — комплементарном, открытом или частично денатурированном. Этим объясняется пологий участок на графике теплоемкости, полученный при расчетах и подтвержденный в ряде экспериментальных работ. В природе денатурация ДНК начинается на участках с определенной последовательностью нуклеотидов — промоторах. С них же стартует считывание генетической информации. Температура плавления этих участков значительно ниже, чем у остальной ДНК, поэтому две цепочки "расстегиваются", как молния, начиная с них, а не разъединяются в произвольных местах.
"Изучая характеристики ДНК, можно больше узнать о том, как происходит ее удвоение, восстановление от химических и физических повреждений, как делятся клетки, а также синтезируются белков, –— прокомментировал Илья Лихачев, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Лаборатории молекулярной динамики ИМПБ РАН. — Методом плавления можно проводить начальное грубое секвенирование, то есть расшифровку, фрагментов ДНК. Этот важный вопрос мы планируем исследовать в дальнейшем".
Структура ДНК определяет происходящие с ней реакции, поэтому точное определение температуры плавления молекул играет основную роль в методах молекулярной биологии, генетической диагностике и применении нанотехнологий — например, при производстве микрочипов, определяющих присутствие того или иного генетического материала. Полученную информацию можно использовать для изучения старения, лечения болезней, поскольку ученые связывают эти процессы с накоплением повреждений в генетическом материале. Новая информация о ДНК полезна для развития биоэлектроники, целью которой является создание устройств на основе ДНК: биочипов и микропроцессоров.
Видео дня. Мэр Липецка объяснила почему ругалась матом на рабочих в парке
Комментарии
Читайте также
Новости партнеров
Новости партнеров
Больше видео