Keemiline sond paljastab DNA valkude ülikiire liikumise

Keemiline sond paljastab DNA valkude ülikiire liikumise
Keemiline sond paljastab DNA valkude ülikiire liikumise
Anonim

COLUMBUS, Ohio – Ohio osariigi ülikooli keemikute projekteeritud sond paljastas DNA elus uue saladuse: molekuli moodustavad ühendite ahelad vibreerivad, venivad ja õõtsuvad edasi-tagasi väikeste liigutustega, mis kestab vaid murdosa sekundist.

Kuigi teadlased kahtlustasid, et DNA võib niimoodi liikuda, ei olnud tehnoloogiat nende kahtluste kinnitamiseks siiani olemas.

"See uurimus võib võimaldada meil vastata põhiküsimustele DNA toimimise kohta," ütles Robert Coleman, Ohio osariigi keemiadotsent.

Sond võib parandada ravimite väljatöötamist ja aidata arstidel mõista geneetilistest mutatsioonidest tulenevaid haigusi, nagu vähk.

Coleman ja Mihaela Madaras, endine keemia järeldoktorant, konstrueerisid fluorestsentssondi ja sünteetilise DNA ahela. Sond sarnaneb DNA ahela aluspaaride komplektiga ja asendab katse ajal aluspaare.

Ohio osariigi keemikud viisid selle töö läbi Lõuna-Carolina ülikooli teadlaste meeskonnana. Need teadlased – Catherine Murphy ja Mark Berg, mõlemad keemia ja biokeemia dotsendid ning Eric Brauns, kraadiõppur – valgustasid sondi ülikiire valguspuhanguga, et tuvastada DNA-s liikumisi, mis kestsid vaid triljondikuid sekundist.

Tulemused ilmuvad sel kuul ajakirjas Journal of the American Chemical Society.

"DNA ei ole jäik, see on painduv. See vibreerib. See nii-öelda "hingab", "selgitas Coleman. "Selle komponendid liiguvad ajaskaalal, mis toimub palju kiiremini kui mis tahes varem tehtud mõõtmised."

Varem suutsid teadlased mõõta ainult kogu DNA spiraali moodustava molekulide keerdredeli vähem õrnaid liikumisi. Näiteks võiksid nad uurida, mis juhtub siis, kui DNA ahel keerdub kokku ja voldib kokku nagu kortsunud kummipael. Ohio osariigi sond võimaldas Lõuna-Carolina teadlastel mõõta palju väiksemaid liikumisi – keemiliste aluspaaride liikumisi, mis moodustavad redeli pulgad.

Colemani sõnul muudavad need aluspaarid liikudes DNA molekuli kuju ja see võib selgitada, miks teatud valgud ja ravimid tunnevad ära teatud DNA järjestused.

"See on tõeliselt põnev osa," ütles Coleman. "Sondi rakendused on tohutud."

Eelkõige on Coleman huvitatud kasvajavastastest ainetest, mis kahjustavad DNA-d, ja kehas leiduvatest ensüümidest, mis kahjustusi parandavad. «Võib-olla suudavad ensüümid kahjustatud piirkondi ära tunda, sest DNA kuju on muutunud.Võiksime panna oma sondi kahjustatud koha lähedal olevasse DNA tükki ja näeksime, kuidas DNA funktsioon kahjustumise tagajärjel muutus," ütles ta.

Sond võib aidata teadlastel mõista haigusi, mis tekivad siis, kui kahjustatud DNA põhjustab rakkude keemilised juhised segamini ja talitlushäired. Arstid usuvad, et sellised haigused nagu hüpertensioon, vähk, südamehaigused, diabeet ja isegi sellised seisundid nagu skisofreenia tulenevad DNA mutatsioonidest, mis jäävad parandamata.

"Selleks, et mõista, mis sellistes olukordades toimub, peate sisenema DNA-sse. Seal tuleb sond sisse," ütles Coleman. "Meie sond on erinev, kuna see asendab täpselt ühe DNA karkassi looduslikest aluspaaridest. Meie sond ei muutnud meie muudatuste tuvastamiseks parimal viisil üldist struktuuri ega moonutanud DNA-d."

Teised teadlased on pidanud kinnitama sondid DNA spiraali välisküljele, nii et nende saadud mõõtmised pole nii täpsed, ütles ta.

Coleman ja Madaras kujundasid sondi arvutis, seejärel lõid selle laboris koos sünteetilise DNA ahelaga testi jaoks.

Katsete käigus sondilt peegeldunud valguse intensiivsus tõusis ja langes 300 pikosekundi ehk 300 triljondiku sekundi jooksul, mis näitab, et DNA ahela komponendid liikusid selle aja jooksul energiliselt.

See meetod peegeldab 1999. aasta Nobeli keemiapreemia laureaadi Ahmed Zewaili oma, kes kasutab ülikiireid valgusimpulsse, et vaadata aatomite liikumist molekulides.

Populaarne teema