Tag Archives: ДНК

Дослідження молекулярних основ транскрипції в евкаріотів. Нобелівська премія з хімії Роджера Корнберга, 2006 р.

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

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

Отримано: 18 жовтня 2022; Виправлено: 25 жовтня 2022;
Затверджено: 04 листопада 2022; Доступно онлайн: 14 листопада 2022

У 2006 р. Нобелівської премії в галузі хімії за фундаментальні дослідження механізмів копіювання клітинами генетичної інформації в евкаріот був удостоєний американський біохімік, професор структурної біології Стенфордського університету Роджер Корнберг. Що це за молекулярні механізми? Як формується транскрипційний комплекс і яка його структура? Пошуку відповідей на ці питання Р. Корнберг присвятив свою роботу, яка тривала без упину 20 років. В статті йдеться про ці пошуки зокрема, а також життєвий і творчий шлях Роджера Корнберга в цілому.

Окcидативний та мутагенний вплив мікрохвильового випромінювання низької інтенсивності на ембріони перепела

А. Бурлака1, О. Цибулін2*, О. Брєєва1, О. Салавор3, І. Якименко3,4

1Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р. Є. Кавецького НАН України, Київ;
2Білоцерківський національний аграрний університет, Україна;
3Національний університет харчових технологій, Київ, Україна;
4Київський медичний університет, Україна;
*e-mail: alex.tsybulin@gmail.com

Отримано: 18 грудня 2021; Затверджено: 21 січня 2022

Інтенсивне впровадження систем бездротового зв’язку підняло питання про можливі негативні наслідки антропогенного електромагнітного випромінювання. Метою дослідження було оцінити біологічні ефекти низькоінтенсивного мікрохвильового випромінювання (МХВ) від типового смартфона Huawei Y5I окремо, або у поєднанні з чіпом Waveex, який врівноважує електромагнітне поле низької частоти, але не впливає на мікрохвильовий сигнал телефона. У дослідженні використано біологічну модель розвитку перепелиних ембріонів in ovo. Телефон як джерело випромінювання мікрохвиль низької інтенсивності (0,32 мкВт/см2) розміщували на відстані 3 см від поверхні інкубованих ембріонів та активували за допомогою комп’ютерної програми автодозвону (48 с – увімкнено, 12 с – вимкнено). Показано, що опромінення спричиняло статистично значуще збільшення вмісту супероксид аніона, оксиду азоту, ТВА продуктів, порушення цілісності ДНК в клітинах ембріона та підвищення смертності ембріонів. Застосування чіпа Waveex під час впливу частково нормалізувало показники оксидативного статусу та цілісності ДНК в ембріональних клітинах, що вказує на негативний вплив не лише МХВ, а й низькочастотних електромагнітних полів від мобільних пристроїв.

Розшифрування генетичного коду – новий революційний етап розвитку молекулярної біології: лауреати Нобелівської премії М. В. Ніренберг, Г. Г. Корана, Р. В. Голлі, 1968 p.

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

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

Отримано: 28 жовтня 2021; Затверджено: 12 листопада 2021

У статті представлено біографічні дані М. Ніренберга, Г. Корани, Р. Голлі – лауреатів Нобелівської премії з фізіології і медицини 1968 року, історію зроблених цими вченими відкриттів. Докладно обговорюються методичні підходи, використані в їхній роботі. Завдяки роботам М. Ніренберга та Г. Корани було розшифровано нуклеотидний склад усіх триплетних кодонів мРНК; Г. Корана вперше експериментально довів безпосередній зв’язок між нуклеотидною послідовністю ДНК та амінокислотною послідовністю синтезованого протеїну, а також здійснив синтез штучного гена. Р. Голлі вперше повністю розшифрував послідовність транспортної РНК, встановив її вторинну структуру та роль у синтезі протеїнів на рибосомі. Присуджена вченим Нобелівська премія стала визнанням їхнього внеску в розуміння механізмів кодування і зчитування генетичної інформації та знаменувала новий проривний етап розвитку молекулярної біології.

Лауреат нобелівської премії Кері Малліс і полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР)

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

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
*e-mail: valdan@biochem.kiev.ua

Отримано: 11 травня 2021; Затверджено: 22 вересня 2021

Висвітлено основні віхи життєвого і творчого шляху та неординарність особистості лауреата Нобелівської премії в галузі хімії за 1993 рік Кері Б. Малліса. Описано історію відкриття Кері Маллісом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) – революційного методу молекулярної біології і генетики, одного з монументальних наукових методів ХХ століття. Метод заснований на багаторазовому вибірковому копіюванні певної ділянки ДНК за допомогою ензимів в штучних умовах (in vitro). При цьому відбувається копіювання тільки тієї ділянки, яка задовольняє заданим умовам, і тільки в тому разі, якщо вона присутня в досліджуваному зразку. Відкриття методу ПЛР стало одним із найвидатніших подій в галузі молекулярної біології за останні десятиріччя.

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.