Tag Archives: ДНК

Відкриття механізмів біологічного синтезу нуклеїнових кислот: нобелівські лауреати 1959 р. С. Очоа і А. Корнберг

О. П. Матишевська, В. М. Данилова, С. В. Комісаренко

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail:matysh@yahoo.com

Отримано: 12 вересня 2020; Затверджено: 17 грудня 2020

Поряд з хімічними і фізичними дослідженнями нуклеїнових кислот в 40–50-ті роки XX cт. проводились дослідження механізмів їх біосинтезу. Так, Северо Очоа і Артур Корнберг були удостоєні Нобелівської премії в галузі фізіології і медицини у 1959 році за відкриття механізмів біологічного синтезу РНК і ДНК. Здійснені Очоа і Корнбергом експерименти сьогодні вважають наріжним каменем генної інженерії, тому що вони вперше продемонстрували можливість синтезу РНК та ДНК поза живою клітиною і тому, що відкриті ними ензими, були одними з перших інструментаріїв цієї технології.

Стоячи на плечах гігантів: Джеймс Уотсон, Френсіс Крік, Моріс Вілкінс, Розалінд Франклін і народження молекулярної біології

Т. В. Данилова1*, С. В. Комісаренко2

1Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ;
*e-mail: danilova_tv@ukr.net;
2Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: svk@biochem.kiev.ua

Отримано: 14 квітня 2020; Затверджено: 15 травня 2020

У ХХ столітті молекула ДНК стала тим особливим магнітом, який привертав увагу представників різних наук. Відомі  дослідники змагалися між собою аби встановити структуру ДНК та пояснити механізми, які можуть визначати нашу спадковість, а відтак – і нашу  «вроджену долю». Серед них були американський хімік і біо­хімік Лайнус Полінг, британський фізик і молекулярний біолог Моріс Вілкінс, британський хімік, біофізик і кристалограф Розалінд Франклін, американський генетик, молекулярний біолог і зоолог Джеймс Уотсон, британський фізик, молекулярний біолог і нейробіолог Френсіс Крік. Вони шукали наукове пояснення загадки життя, яка криється в ДНК. Точний опис подвійної спіральної структури ДНК належить Джеймсу Уотсону та Френсісу Кріку, хоча відсутні фрагменти цієї головоломки були ними «запозичені» у Розалінд Франклін, яка, на жаль, не отримала належного визнання за цю свою нау­кову роботу. На відміну від неї, Френсіс Крік, Джеймс Уотсон та Моріс Вілкінс були удостоєні Нобелівської премії з фізіології або медицини 1962 р. «за відкриття щодо молекулярної структури нуклеїнових кислот та їх значення для передачі інформації в живому матеріалі». Але якою б не була історія ДНК, вона свідчить про те, що всі великі наукові відкриття виникають не на порожньому місці: велика кількість людей сприяє розвиткові науки, і буквально кожен дослідник стоїть на плечах «гігантів»-попередників, а сама ідея «витає в повітрі». Що ж до розшифровки структури ДНК в 1953 р., можна стверджувати, що вона стала одним з поворотних моментів в історії біології. Це фундаментальне відкриття змінило та надало нашому життю багато нових аспектів.  Воно поклало початок бурхливому розвитку генетики та молекулярної біології, який триває і в наші дні, а подвійна спіраль ДНК стала символом науки про життя.

Структурна гнучкість ДНК-подібних конформерів канонічних 2′-дезоксирибонуклеотидів

Т. Ю. Ніколаєнко1, Л. А. Булавін1, Д. М. Говорун1,2

1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
2Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ;
е-mail: tim_mail@ukr.net

За допомогою оригінальних методик вивчено характеристики структурної гнучкості елементарних мономерних ланок ланцюгів ДНК: молекул 5′-дезоксицитидилової, 5′-тимідилової, 5′-дезоксіаденілової та 5′-дезоксигуанілової кислот в їхніх ДНК-подібних конформаціях. Знайдено величини середньоквадратичних відхилень (4°÷25°  при 0 К і 7°÷50° при 298 К) усіх їхніх конформаційних параметрів від рівноважних значень, обумовлених тепловими або квантовими нульовими коливаннями ядер, а також значення релаксованих силових сталих (1÷35 ккал/моль·рад-2). Виявлено конформаційну чутливість цих величин. Доведено, що кут γ є найжорсткішим, а релаксовані силові сталі для решти конформаційних змінних менші і сумірні між собою. Одержані дані можуть бути використані для побудови структурно-динамічних моделей ДНК.

Конформаційна ємність молекули 5′-дезоксіаденілової кислоти: квантово-механічне дослідження методом функціоналу густини

Т. Ю. Ніколаєнко1, Л. А. Булавін1, Д. М. Говорун1,2

1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
2Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ;
е-mail: tim_mail@ukr.net

Квантово-механічним методом функціоналу густини на рівні теорії MP2/6-311++G(d,p) // DFT B3LYP/6-31G(d,p) проведено повний конформаційний аналіз молекули 5′-дезоксіаденілової кислоти. Виявлено 726 її конформерів із відносними енергіями Гіббса від 0 до 12,1 ккал/моль за нормальних умов. Встановлено, що енергетично найвигіднішою є структура із «північною» (N) конформацією фуранозного кільця та syn-орієнтацією нуклеотидної основи, стабілізована внутрішньомолекулярними водневими зв’язками OP1HP1∙∙∙N3 та O3′H∙∙∙OP. Структура чотирьох із виявлених конформерів подібна до структури нуклеотидів ДНК у AI-, і чотирьох – у BI-формі. Структура одного із одержаних конформерів 5′-дезоксіаденілової кислоти (з відносною енергією ΔG = 5,4 ккал/моль) близька до відомої кристалічної структури гідрату натрієвої солі цієї молекули, встановленої методами рентгеноструктурного аналізу. Показано, що найчутливішими до конформації молекули є заряди атомів C4′ і C5′. Продемонстровано роль внутрішньомолекулярних водневих зв’язків типу OH∙∙∙N у формуванні просторової структури молекули.

Конформаційне різноманіття і фізичні властивості 1,2-дидезоксирибофуранози-5-фосфату – модельної мономерної ланки ДНК

Т. Ю. Ніколаєнко1, Л. А. Булавін1, Д. М. Говорун1,2, О. О. Мисюра1

1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
2Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ;
e-mail: tim_mail@ukr.net

Представлено результати повного конформаційного аналізу молекули 1,2-дидезоксирибофуранози-5-фосфату – модельної ланки остову ДНК, виконаного квантово-механічним методом функціоналу густини. На рівні теорії MP2/cc-pVTZ // DFT B3LYP/cc-pVTZ одержано 282 її конформери, відносні енергії Гіббса яких за нормальних умов лежать у межах 0÷8,9 ккал/моль. Серед них структура 7 конформерів подібна до структури хребта ДНК у AI, BI і ZII формах, із яких енергія Гіббса B-ДНК-подібного є найменшою (ΔG = 3,3 ккал/моль). Встановлено, що величини релаксованих силових сталих для конформаційних параметрів у ДНК-подібних конформерів задовольняють нерівності Kγ > Kα′ > Kε > Kβ.

Визначення АФК у присутностi бiологiчно активних речовин за флуоресценцiєю пористого кремнiю

В. Б. Шевченко1, О. І. Даценко1, О. В. Шабликiн2, Т. В. Осадчук2,
О. М. Ляхов2, Ю. В. Пивоваренко3, В. А. Макара1,3

1Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
e-mail: shevchenko@univ.kiev.ua;
2Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Київ;
3НУЦ «Фізико-хімічне матеріалознавство» Київського національного
університету імені Тараса Шевченка і НАН України

Одержано спектри флуоресценцiї пористого кремнiю, модифiкованого водними розчинами бiологiчно активних речовин та речовин бiологiчного походження, а також спектри флуоресценцiї пористого кремнiю, модифiкованого моношарами лецитину, сформованими на поверхнi водних розчинiв бiологiчно активних речовин. На пiдставi аналiзу одержаних спектрiв зроблено висновки щодо впливу дослiджених речовин на вміст АФК.

Вплив хлорування нуклеотидної основи на конформаційні властивості тимідинмонофосфату

Т. М. Мухіна, Т. Ю. Ніколаєнко

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
e-mail: MukhinaTanyaM@gmail.com;  tim_mail@ukr.net

Нещодавні дослідження з виведення бактерії Escherichia coli, в ДНК якої тимін був замінений 5-хлорурацилом, що майже не вплинуло на нормальну життєдіяльність та на поділ бактерій, але призвело до значного скорочення часу її життя, актуалізували проблему розуміння змін у фізичних властивостях мономерів ДНК у разі їх хімічної модифікації. У роботі проведено порівняльний аналіз наборів із 687 можливих конформерів природної мономерної ланки ДНК (2′-дезоксирибонуклеотиду тимідин­монофосфату) та 660 конформерів 5-хлор-2′-дезоксіуридинмонофосфату – аналогічної молекули, в якій природну азотисту основу тимін заміщено на 5-хлорурацил. Одержано структури стійких конформерів модифікованого дезоксирибонуклеотиду та проаналізовано фізичні чинники, що обумовлюють їх відмінність від конформерів немодифікованої молекули. Зроб­лено порівняльний аналіз пружних властивостей конформерів досліджених молекул та нековалентних взаємодій в них. Результати роботи можуть бути використані під час планування експериментів із синтезу штучних ДНК, придатних для їх включення в живі організми.