Бактериофаг Т7: роль физики промоторов в их активности

Мы уже упоминали, что #ДНК несет значительный отрицательный заряд (за счёт обилия фосфатных остатков). С белками все несколько сложнее: #заряд на их поверхности обусловлен тем, что отдельные мономеры (строительные единицы) аминокислотной природы могут нести некоторый заряд –как положительный, так и отрицательный. Возникает сложная взаимодействий зарядов, подчиняющихся основополагающему закону электростатики –закону Кулона. Согласно нему, направление взаимодействий зарядов определяется знаком их заряда (притягиваются разноименные, отталкиваются одноименные). Сила этих взаимодействий прямо пропорциональна величине заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. #Закон Кулона и другие закономерности электростатики могут с успехом применяться к биомолекулам.

Рис. 3. Распределение электростатического заряда на поверхности ДНК,последовательность которой представляет повторы АТ (поли-АТ).Цветом обозначена величина заряда [11].

Рис. 3. Распределение электростатического заряда на поверхности ДНК,последовательность которой представляет повторы АТ (поли-АТ).Цветом обозначена величина заряда [11].В случае взаимодействующей пары промотор –РНК-полимераза электростатические взаимодействия имеют большое значение и изучаются несколько десятков лет. Среди всех физических (а, следовательно, среди всех возможных) свойств ДНК только электростатический потенциал может быть распознан белками на значительном отдалении и на самых ранних этапах распознавания до возникновения межмолекулярных контактов [10].Особое значение электростатические взаимодействия имеют для правильной ориентации ДНК относительно белка, что обеспечивает надлежащее формирование комплекса при их связывании на следующих стадиях инициации.

Рис. 4. Бактериофаг Т7: срез через вирусную частицу и общий вид. [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Phage_T7.png]

В работах нашего коллектива из Института биофизики клетки РАН (Пущино) была разработана простая модель электростатического заряда ДНК. Она описывает его величину и знак на поверхности цилиндра вблизи поверхности дуплекса, не требуя при этом значительных вычислительных мощностей и потому применимая к протяженным участкам ДНК. С помощью этой модели возможно получать соответствующие двумерные карты (развертка такого цилиндра), которые можно усреднять по отдельным срезам с получением одномерных профилей (Рис. 5) [11].Рис. 3. Распределение электростатического заряда на поверхности ДНК,последовательность которой представляет повторы АТ (поли-АТ).Цветом обозначена величина заряда [11].Наша модель с успехом применена к ряду модельных бактериальных геномов и к геномам бактериофагов –вирусов бактерий [12-13]. Напомним, что бактериофаги занимают пограничное положение на краю живого –как за счет размеров, так и в связи с невозможностью к самостоятельному существованию –они обязательно паразитируют на клетках. В результате их геном и, в частности, организация транскрипции достигли крайней степени упрощения и эффективности на фоне ряда специфических адаптаций к паразитизму. Центральным обьектом наших работ является бактериофаг Т7, поражающий кишечную палочку E. coli(Рис. 4).Фаг Т7 представляет собой икосаэдрическую головку, внутри которой хранится плотно упакованная геномная ДНК. Размер генома очень мал –всего 40 тыс. пар оснований (для сравнения, у бактерии E. coli–4,6 млн.) К ней крепится хвостовая часть вирусной частицы. Она имеет тонкие нити и ответственна за взаимодействие с поверхностью клетки-хозяина, в частности, за внедрение ДНК внутрь. Пустая вирусная частица при этом остается вне бактерии [14].

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ https://enanos.nanometer.ru/uploads/archive/2020-prosto-o-slozhnom/2020-prosto-o-slozhnom_OrlovMA.pdf