Ученые предложили механизм «нефтяного насоса» для разделения и копирования ДНК
Новые детальные изображения белков, копирующих ДНК в ядре клетки, позволили группе ученых предложить совершенно новый механизм работы этой молекулярной машины. Исследователи изучали белки дрожжевых клеток, которые имеют много общего с клетками сложных организмов, включая человека.
«Репликация ДНК — это основной источник ошибок, которые могут привести к раку», — пояснил ведущий автор исследования. «Весь геном — все 46 хромосом — реплицируется каждые несколько часов в делящихся человеческих клетках».
Исследование сосредоточено на деталях работы «хеликазы» — части белкового комплекса реплисомы, которая окружает и разделяет двойную спираль ДНК, чтобы другие ферменты могли синтезировать новые цепи.
Ученые получили высокодетальные изображения хеликазы с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM). Этот метод позволяет изучать белки в растворе, что важно, поскольку хеликаза — это молекулярная «машина» из 11 связанных белков, которая должна быть гибкой.
Анализ изображений показал, что хеликаза имеет две различные конформации: компактную и одну, в которой часть структуры наклонена относительно более «фиксированного» основания.
Сопоставив карты расположения аминокислот в каждой конформации с биохимическими данными, ученые предложили механизм работы. Одна часть комплекса связывает и высвобождает энергию из молекулы АТФ, преобразуя химическую энергию в механическую силу, которая меняет форму хеликазы.
«Она выглядит и работает подобно старому нефтяному насосу-качалке: одна часть белкового комплекса образует стабильную платформу, а другая — качается вперед-назад», — сказал ученый. Каждое качающее движение может способствовать разделению цепей ДНК и линейному перемещению хеликазы вдоль двойной спирали.
Этот механизм линейной транслокации, по-видимому, отличается от того, как, как считается, работают хеликазы у более примитивных организмов, например бактерий, где весь комплекс, как полагают, вращается вокруг ДНК.
«Мы признаем, что это предложение может быть спорным и пока не доказано окончательно, но структура дает представление о том, как работает этот белковый комплекс, и мы пытаемся это осмыслить», — отметил автор.