Структурные свойства ДНК Дмитрий Нечипуренко МГУ им М

Структурные свойства ДНК Дмитрий Нечипуренко МГУ им. М. В. Ломоносова, Физичекий факультет, Кафедра биофизики

Литература • Альбертс Б. И «Молекулярная биология клетки» • Франк-Каменецкий М. Д. «Век ДНК» • Шрёдингер Э. «Что такое жизнь? » • Марков А. «Рождение сложности»

Немного истории. . • • Н. Бор 1932 г , «Свет и жизнь» М. Дельбрюк Н. В. Тимофеев-Ресовский Н. Кольцов Э. Шредингер (1944 год) Д. Уотсон и Ф. Крик Г. Гамов

Обладает ли ДНК необычными физическими свойствами? • Проводимость. . ?

Обладает ли ДНК необычными физическими свойствами? • Проводимость. . ? • Оптические свойства

Обладает ли ДНК необычными физическими свойствами? • Проводимость. . ? • Оптические свойства • Термодинамические свойства • Механические свойства

Плавление ДНК

Первичная структура ДНК 3’ 5’

Вторичные структуры нуклеиновых кислот A B Z

Конформации нуклеотидов Пара оснований

Конформации нуклеотидов Пара оснований Динуклеотиды

Естественные координаты сахарофосфатного остова

Классификация белков человека

Регуляция экспрессии генов Прямое и непрямое узнавание

Непрямое узнавание Зависимость локальных механических свойств ДНК от последовательности нуклеотидов играет важную роль в ДНКбелковом узнавании

Многообразие типов взаимодействия

Конформационный фактор узнавания

Стабилизация полипептидной петли при уменьшении толщины узкой бороздки

Расщепление ДНК OH радикалами Эффективность расщепления зависит от толщины узкой бороздки ДНК

Гибкость ДНК и ее зависимость от последовательности нуклеотидов

Как измерить локальную гибкость? DNAse I и DNA

1. Гибкость триплетов ДНК может отличаться в несколько раз 2. Существуют триплеты с близкими значениями гибкости, но различным нуклеотидным составом

Вырожденность структурного кода • Сайты ДНК, имеющие разные нуклеотидные последовательности, могут обладать схожими структурными свойствами – гибкостью, конформацией и подвижностью • Поэтому, сайты связывания с одним и тем же регуляторным белком могут обладать большой вариабельностью нуклеотидной последовательности – что усложняет задачу картирования функциональных участков ДНК

ACTGAGATACTGA

Профили гибкости ДНК человека

• Сегодня существует множество структурных параметров ДНК, которые используются в программах автоматической аннотации геномов • Структурные коды остаются довольно грубыми, так как используют ди-, три- и тетрануклеотидную параметризацию

Изучение механики отдельных молекул ДНК

Динамика растяжения ДНК

B - S переход в ДНК

Связь растяжения с закрученностью

Связь растяжения с закрученностью

• ДНК является молекулой с ярко выраженными нелинейными свойствами • Играет ли это какую-то биологическую роль?

Спасибо за внимание!

Уравнение Ярзинского

Эксперимент Бустаманте

Кривые растяжения РНК

Сравнение эксперимента с теорией

Сходимость результатов вычислений к равновесному значению

Механохимия ферментативного гидролиза ДНК

Основные свойства расщепления ДНК ультразвуком • 16 мин • 8 мин • 4 мин • глиц • 2 мин • Использование методики гелевого электрофореза позволило выявить специфичность расщепления фрагментов ДНК к последовательности нуклеотидных пар

Анализ контекстной специфичности расщепления фрагментов ДНК

Относительные частоты расщепления 16 динуклеотидов

Относительные частоты расщепления тетрануклеотидов

Характерные особенности наблюдаемого расщепления ДНК ультразвуком • Уменьшение уровня расщепления на концах фрагмента. • Увеличение частоты расщепления при увеличении длины облучаемых фрагментов • Увеличение общего уровня расщепления при увеличении вязкости раствора. • При понижении температуры раствора расщепление усиливается. • Добавление скевенджеров свободных радикалов не оказывает влияния на наблюдаемые картины расщепления ДНК.

Ультразвуковое расщепление как механохимическая реакция

Моделирование динамики кавитационного пузырька

Моделирование динамики фрагмента ДНК вблизи кавитационного пузырька Fc = 6∙π∙μ∙r∙Vo

Энергетические и силовые профили деформации модельной системы

Сравнение результатов моделирования с экспериментальными профилями расщепления ДНК

Подходы к интерпретации контекстной специфичности расщепления ДНК ультразвуком

Уникальность дезоксирибозы цитозина: конформационные переходы типа С 2* эндо <---> С 3* эндо

Анализ доступности для растворителя различных конформаций дезоксирибозы

Применения данных ультразвукового расщепления для анализа функциональных последовательностей в геномах Данные по расщеплению тетрануклеотидов

Усреднение ультразвуковых профилей расщепления 648 промоторов

Эффекты тетрануклеотидного приближения • Sn =

Ультразвуковое расщепление ДНК λ - фага

Спящая красавица

Схема экспериментальной установки

Моделирование растяжения фрагмента ДНК

Экспериментальные данные по растяжению единичных молекул ДНК

Образование микроструи

Описание геометрии расположения пар оснований