Новосибирские исследователи выяснили, как ферменты репликации контролируют качество сборки нуклеотидных цепочек. В ходе клеточных процессов ферментам приходится работать в условиях, требующих принудительного вытеснения цепи перед собой. Ранее эксперименты в этой области преимущественно ставились на упрощенных системах, состоящих лишь из матрицы и короткого праймера. Сравнив поведение фрагмента Кленова ДНК-полимеразы I E. coli и ДНК-полимеразы фага RB69, ученые установили: механическое расплетение двойной спирали выполняет функцию природного фильтра точности, многократно снижающего вероятность ошибки при синтезе.
Физико-химическая основа открытого явления кроется в энергетическом балансе. Присоединение комплементарного нуклеотида высвобождает достаточный объем энергии для протекания химической реакции и необходимой конформационной перестройки. Если фермент пытается включить ошибочный элемент, энергетического выхода недостаточно для преодоления барьера двуцепочечной ДНК.
«До сих пор считалось, что точность определяется исключительно структурой активного центра фермента. Мы показали, что сама механическая нагрузка — необходимость разрывать ДНК впереди себя — выступает в роли независимого контролера качества. Природа нашла элегантный способ заставить полимеразу работать аккуратнее, просто усложнив ей задачу», – пояснила Анна Юдкина, старший научный сотрудник лаборатории геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Biochemistry, открывают прикладные перспективы для генной инженерии и молекулярной фармакологии. Понимание открытого принципа позволит оптимизировать существующие методики и целенаправленно конструировать ферменты с заданной специфичностью.
