Биологи измерили силу отдельной молекулы фермента

Молекулярные биологи из Корнельского университета измерили, с какой силой в ходе синтеза РНК индивидуальная молекула фермента раскручивает двойную спираль ДНК. Работа опубликована в журналеScience, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте университета.

В ходе исследования ученые использовали так называемый метод оптического пинцета, который позволяет манипулировать при помощи лазерного луча микроскопическими объектами, например, кристаллом кварца.

Ученые присоединяли к кристаллу один конец индивидуальной молекулы ДНК, при этом на другом конце «сидела» РНК-полимераза. Сама она при этом была закреплена на стеклянной подложке при помощи антител. Передвигая кристалл, ученые могли натягивать ДНК и измерять ее механическое напряжение.

Когда ученые добавляли необходимые для реакции соединения, РНК-полимераза начинала синтезировать РНК. При этом двойная спираль ДНК раскручивалась и в ней образовывалось механическое напряжение. Такое же напряжение образуется в закрепленном канате, если попытаться расплести его с одного конца.

До какого-то момента молекуле полимеразы в ходе эксперимента удавалось справляться с раскручиванием ДНК, но когда напряжение достигало критического, белок застревал и даже пятился назад. Эти наблюдения позволили ученым определить силу, с которой одна молекула раскручивает ДНК — она оказалась равна 11 пиконьютонам. Для сравнения, чтобы в таком опыте поднять один килограмм груза, понадобилось бы триллион молекул (их вес 0,64 микрограмма).

Опыты на индивидуальных молекулах стали доступны биологам сравнительно недавно. Ранее поведение ферментов удавалось разглядеть только в смеси.