что такое днк гираза
Работу ДНК-гиразы в бактериях визуализировали на уровне единичных молекул
Использование новых методов микроскопии позволило реконструировать с разрешением до единичных молекул картину работы ДНК-гиразы. Этот фермент, необходимый для репликации бактериальной ДНК, — важнейшая мишень для антибиотиков.
ДНК-гираза обеспечивает релаксацию суперскрученных петель кольцевой хромосомы бактерий, формируемых полимеразными комплексами во время репликации и транскрипции. Без ДНК-гиразы полимеразный комплекс останавливается, а накопившиеся участки суперскрученности мешают разделению дочерних кольцевых геномов, что в итоге приводит к гибели бактерии. Эффективные в отношении многих бактерий антибиотики фторхинолоны — ингибиторы гиразы, однако из-за распространения антибиотикорезистентности возникает потребность в новых препаратах. Визуализация деталей работы ДНК-гиразы и репликационного комплекса на молекулярном уровне может помочь создать новые высокоэффективные антибиотики.
Авторы статьи, опубликованной в Nucleic Acids Research, изучали взаимное расположение молекул ДНК-гиразы и репликационного комплекса, используя специальные методы флуоресцентной микроскопии, позволяющие достичь разрешения, сравнимого с величиной крупного белкового комплекса. Бактерии иммобилизовали в низкофлуоресцентной агарозе. Для визуализации использовали гиразу, слитую с mYPet (желтый флуоресцентный белок), и компонент реплисомы DnaN, слитый с красным флуоресцентным белком mCherry. За расстояние между ДНК-гиразой и репликационным комплексом принимали расстояние между наиболее яркими красными и желтыми пикселей изображения, обработанного математическими методами.
Для достижения разрешения, сравнимого с размером белковой молекулы, использовали технологию PALM: субъединицу ДНК-гиразы, белок GyrA в клетках метили фотоактивируемым производным mCherry — PAmCherry. Этот белок способен активироваться под действием облучения и быстро «выцветать», то есть терять способность флуоресцировать при повторном облучении. При определенном уровне возбуждающего облучения активируется лишь часть молекул такого белка, а при последующих актах облучения эти молекулы не дают сигнала. Таким образом, при помощи специального микроскопа можно снять «последовательное включение» молекул на очень малой площади так, чтобы сигналы от отдельных молекул белка не перекрывали друг друга. Из таких последовательных кадров при помощи компьютерных и математических методов реконструируется изображение с разрешением, недостижимым для обычного флуоресцентного или светового микроскопа.
Еще более интересная технология, основанная на фотоактивации, использовалась для отслеживания перемещений комплексов ДНК и гиразы. Движение молекул регистрируют точно так же, последовательно снимая возбужденные группы флуорофоров. Скорость диффузии свободных молекул в водном растворе внутри клетки известна с достаточно большой точностью. Все молекулы гиразы, которые движутся существенно медленнее, вероятно, связаны c ДНК, а значит, по замедлению диффузии гиразы можно следить за ее активностью.
Анализ распределения наиболее ярких красных и желтых пикселей показал, что ДНК-гираза и репликационный комплекс отстоят друг от друга в среднем на 256 нм. Дополнительным доказательством корректности полученных данных стала проверка частоты колокализации гиразы и реплисомы: в условиях эксперимента около 30% бактерий не содержало реплисом (деление или только заканчивалось, или еще не начиналось). Только в 30% таких реплисома-негативных бактерий наблюдались сфокусированные сигналы от ДНК-гиразы.
Для определения стехиометрии ДНК-гиразных «фокусов» использовался специальная техника — slimfield microscopy, которая оперирует поляризованным (slimfied) лазерным излучением и позволяет сделать миллисекундные снимки участка размером несколько десятков квадратных микрон. Точность линейных измерений для ДНК-гиразы составила около 40 микрон, при этом удалось установить, что расстояние между реплисомой и «фокусами», содержащими связанную с ДНК гиразу, составляет в среднем 135 нм, что существенно больше диаметра реплисомы (50 нм). Это означает, что гираза не находится в прямом контакте с работающим репликационным комплексом.
По данным, полученных при фотоактивации, общее число субъединиц гиразы GyrA в пересчете на клетку — около 1450. Авторы замечают, что из-за неполной фотоактивации это число может быть занижено примерно вдвое, но в дальнейших расчетах пользуются им. Из этого количества может получиться более 700 активных молекул гиразы (такая молекула включает две субъединицы GyrA и еще две GyrB). Однако при обработке ципрофлоксацином, который «пришивает» активный гетеротетрамер гиразы к ДНК, иммобилизованными оказались только около 600 комплексов гиразы, то есть формировать функциональные молекулы способно около 80% белка. В необработанной клетке с ДНК была связана примерно половина от этого количества, а из этих 300 комплексов лишь около 20 вовлечено в работу с реплисомой.
Поскольку фермента экспрессируется явно больше, чем нужно для обеспечения репликации, исследователи выясняли, в каких еще процессах он принимает участие. В клетке единовременно происходит около 1000 актов транскрипции, они вносят в ДНК примерно в 30 раз больше супервитков, чем репликация, и было естественно предположить, что гираза удаляет их. Однако ингибирование РНК-полимеразы рифампицином повлияло на число связанных с ДНК гиразных комплексов лишь незначительно. Учитывая, что скорость транскрипции разных генов различна, авторы предположили, что гираза не компенсирует напрямую супервитки, индуцируемые синтезом РНК, а действует на геном по более сложному и пока не понятому алгоритму.
Не полностью ясен и механизм совместной работы гиразы и топоизомеразы IV в процессе репликации. Топо IV необходима для разделения катенанов, которые формируются из дочерней и родительской цепей ДНК при ее удвоении. Число молекул гиразы и топо IV в районе реплисомы кажется недостаточным для снятия суперскрученности и разделения цепей. Однако эту «недостачу» проще объяснить, если предположить, что гираза может действовать, не диссоциируя с ДНК, а декатенирование ДНК не влияет на репликацию и индуцируется топологически после прохождения реплисомы. Наблюдения за перемещениями гиразы и репликационного комплекса позволяют сделать вывод, что положительные супервитки ДНК, формирующиеся при репликации, могут активировать гиразу на расстоянии в многие тысячи пар оснований от репликационной вилки.
ДНК-гираза
Смотреть что такое «ДНК-гираза» в других словарях:
ДНК-гираза — * ДНК гіраза * DNA gyrase то ж е, что ДНК топоизомераза II (см.) … Генетика. Энциклопедический словарь
ДНК-гираза — ДНК топоизомераза II рода [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN DNA gyrase … Справочник технического переводчика
ДНК-гираза — DNR girazė statusas T sritis chemija apibrėžtis Fermentas, katalizuojantis superspiralinės DNR susidarymą esant ATP. atitikmenys: angl. DNA gyrase rus. ДНК гираза … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
гираза — ДНК топоизомераза II рода [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN gyrase … Справочник технического переводчика
Хеликаза — Структура геликазы RuvA кишечной палочки. Геликазы (хеликаза, helicase) (лат. helix «спираль») это класс ферментов, которые встречаются у всех живых организмов. Геликазы перемещаются по сахаро фосфатному остову нуклеи … Википедия
Гатиспан — Действующее вещество ›› Гатифлоксацин* (Gatifloxacin*) Латинское название Gatispan АТХ: ›› J01MA16 Гатифлоксацин Фармакологическая группа: Хинолоны/фторхинолоны Нозологическая классификация (МКБ 10) ›› J18 Пневмония без уточнения возбудителя… … Словарь медицинских препаратов
Заноцин ОД — Действующее вещество ›› Офлоксацин* (Ofloxacin*) Латинское название Zanocin OD АТХ: ›› J01MA01 Офлоксацин Фармакологическая группа: Хинолоны/фторхинолоны Нозологическая классификация (МКБ 10) ›› A15 A19 Туберкулез ›› A54 Гонококковая инфекция… … Словарь медицинских препаратов
Фактив — Действующее вещество ›› Гемифлоксацин* (Gemifloxacin*) Латинское название Factive АТХ: ›› J01MA15 Гемифлоксацин Фармакологическая группа: Хинолоны/фторхинолоны Нозологическая классификация (МКБ 10) ›› J01 Острый синусит ›› J15 Бактериальная… … Словарь медицинских препаратов
Гемифлоксацин — (Gemifloxacin) Химическое соединение … Википедия
Лека́рственная усто́йчивость микрооргани́змов — способность микроорганизмов сохранять жизнедеятельность, включая размножение, несмотря на контакт с химиопрепаратами. Лекарственная устойчивость (резистентность) микроорганизмов отличается от их толерантности, при которой микробные клетки не… … Медицинская энциклопедия
ДНК-гираза
ДНК-гираза * ДНК-гіраза * DNA gyrase — то ж е, что ДНК-топоизомераза II (см.).
Смотреть что такое «ДНК-гираза» в других словарях:
ДНК-гираза — ДНК топоизомераза II рода [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN DNA gyrase … Справочник технического переводчика
ДНК-гираза — DNR girazė statusas T sritis chemija apibrėžtis Fermentas, katalizuojantis superspiralinės DNR susidarymą esant ATP. atitikmenys: angl. DNA gyrase rus. ДНК гираза … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
гираза — ДНК топоизомераза II рода [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN gyrase … Справочник технического переводчика
Хеликаза — Структура геликазы RuvA кишечной палочки. Геликазы (хеликаза, helicase) (лат. helix «спираль») это класс ферментов, которые встречаются у всех живых организмов. Геликазы перемещаются по сахаро фосфатному остову нуклеи … Википедия
Гатиспан — Действующее вещество ›› Гатифлоксацин* (Gatifloxacin*) Латинское название Gatispan АТХ: ›› J01MA16 Гатифлоксацин Фармакологическая группа: Хинолоны/фторхинолоны Нозологическая классификация (МКБ 10) ›› J18 Пневмония без уточнения возбудителя… … Словарь медицинских препаратов
Заноцин ОД — Действующее вещество ›› Офлоксацин* (Ofloxacin*) Латинское название Zanocin OD АТХ: ›› J01MA01 Офлоксацин Фармакологическая группа: Хинолоны/фторхинолоны Нозологическая классификация (МКБ 10) ›› A15 A19 Туберкулез ›› A54 Гонококковая инфекция… … Словарь медицинских препаратов
Фактив — Действующее вещество ›› Гемифлоксацин* (Gemifloxacin*) Латинское название Factive АТХ: ›› J01MA15 Гемифлоксацин Фармакологическая группа: Хинолоны/фторхинолоны Нозологическая классификация (МКБ 10) ›› J01 Острый синусит ›› J15 Бактериальная… … Словарь медицинских препаратов
Гемифлоксацин — (Gemifloxacin) Химическое соединение … Википедия
Лека́рственная усто́йчивость микрооргани́змов — способность микроорганизмов сохранять жизнедеятельность, включая размножение, несмотря на контакт с химиопрепаратами. Лекарственная устойчивость (резистентность) микроорганизмов отличается от их толерантности, при которой микробные клетки не… … Медицинская энциклопедия
Что такое ДНК и хромосомы
Что такое ДНК, и из чего она состоит? Кто и когда открыл эту молекулу в клетках человека и других живых организмов? Чем уникален открытый учеными механизм наследования, и какие последствия ждал весь мир после этого открытия? Всю необходимую информацию Вы можете узнать, прочитав эту статью.
Когда впервые в истории появилось упоминание о ДНК
Иоганнес Фридрих Фишер – врач и биолог-исследователь родом из Швейцарии, стал первым в мире ученым, выделившим нуклеиновую кислоту. Открытие случилось в 1869 году, когда он занимался изучением животных клеток, а именно лейкоцитов, которых много содержалось в гное. Совершенно случайно молодой ученый заметил, что при отмывании лейкоцитов с гнойных повязок от них остается загадочное соединение. Под микроскопом Иоганн обнаружил, что оно содержится в ядрах клеток. Это соединение Мишер назвал нуклеином, а в процессе изучения его свойств переименовал в нуклеиновую кислоту, из-за наличия свойств, как у кислот.
Роль и функции только открытой нуклеиновой кислоты были неизвестны. Однако многие ученые того времени уже высказывали свои теории и предположения о существовании механизмов наследования.
Нынешние взгляды на состав молекулы ДНК ассоциируются у людей с именами английских ученых Джорджа Уотсона и Фрэнсиса Крика, которые открыли структуру данной молекулы в 1953 году. За несколько лет до этого, в тридцатые годы, ученые из советского союза А.Н. Белозерский и А.Р. Кезеля доказали наличие ДНК в клетках во всех живых организмах, тем самым они опровергли теорию о том, что молекула ДНК находится только в клетках животных, а в клетках растений присутствует только РНК. Лишь спустя несколько лет, в 1944 году, группой освальдских ученых было установлено, что молекула ДНК является механизмом сохранения наследственной информации клетки. Таким образом, благодаря совместным усилиям и трудам исследователей человечество познало тайну процесса эволюции и его основных принципов.
ДНК в медицине
Открытие состава молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты позволило перейти медицине на новый уровень развития. Появилось большое количество новых направлений практической медицины, стали доступны новые методы лечения, диагностики. Благодаря этому фундаментальному открытию для науки и современным технологиям, человечеству стали доступны:
И это еще не все доступные для людей услуги, которые может предложить медицина, изучающая генетику. Выше были представлены только самые популярные среди людей тесты. Перспективой для многих ученых-генетиков является создание таких лекарств, способных победить все болезни на Земле и даже смертность.
Строение молекулы ДНК
От цепочки к хромосоме
В каждом живом организме находится миллионы клеток, а внутри этих клеток находится ядро. Клетки, содержащие в себе ядро, называются эукариотами или ядерными. У древних одноклеточных нет оформленного ядра. К таким безъядерным одноклеточным, или прокариотам, относятся бактерии и археи, например, кишечная палочка или серая анаэробная бактерия. Также ядро отсутствует в клетках вирусов и вироидов, однако причисление вирусов к живым организмам – вопрос спорный, о котором по сей день дискуссируют ученые.
В ядре находятся хромосомы – структурный элемент, в котором содержится молекула ДНК в виде спирали, хранящая внутри себя всю генетическую информацию клетки.
Процесс упаковки ДНК спиралей
Количество нуклеотидов в ДНК велико, и нужны длинные цепочки, чтобы вместить все их число, поэтому нити ДНК закручиваются в две спирали, что позволяет укоротить цепочки в 5 раз, сделав их более компактными. Нити ДНК могут также закручиваться в форму суперспирали. Двойная спираль пересекает свою ось и накручивается на специальные гистоновые белки – гиразы, образуя при этом супервитки. Таким образом, двойная спираль закручивается в спираль более высокого порядка. Сокращение цепочек в этом случае произойдет в 30 раз.
Как гены связаны с ДНК
Ген – самый изученный на сегодняшний день участок ДНК. Гены являются структурной единицей наследственности всех живых организмов. Цепочки нуклеотидов в ДНК состоят из генов, которые определяют генотип особи, например, цвет и разрез глаз, тип кожи, рост, группу и резус фактор крови и другие физиологические качества и особенности внешности.
Еще много отраслей генетики до конца не изучены, и до конца не раскрыты все функции генома, но ученые до сих пор продолжают изучение генов, чтобы добиться новых открытий в области генетики.
Хромосома: определение и описание
Хромосомы – структурный элемент клетки, находящийся внутри ядра. Они содержат в себе молекулы ДНК, в которых содержится вся наследственная информация.
Строение и виды хромосом:
Отсюда возникают различные типы хромосом:
Всего в клетке человека находится 46 хромосом: 22 пары аутосом, встречающиеся у обоих полов, и одна пара половых хромосом: XY – у мужчин, XX – у женщин. Забавно, что если прибавить к количеству хромосом хотя бы одну пару, то человек мог бы быть шимпанзе или тараканом, а если отнять, то – кроликом.
Еще интересно то, что человек и ясень имеют одинаковое количество хромосом, несмотря на принадлежность к разным видам и царствам.
Наследственные болезни
Генетический код – система записи генетической информации в ДНК и РНК в виде определенной последовательности в цепочке нуклеотидов. Он должен сохранять наследственную информацию в первоначальном виде, восстанавливая повреждения цепочки в последующем поколении с помощью ДНК. Однако ген может каким-то образом быть поврежден, либо в нем может произойти мутация.
Генные мутации – изменение в последовательности нуклеотидов, например выпадение, замена, вставка другого нуклеотида в цепочку. Последствия этих мутаций могут быть полезные, вредные или нейтральные. Примером полезных мутаций является устойчивость к минусовым температурам, увеличенная плотность костей, меньшая потребность во сне, устойчивость к ВИЧ и другие. Примером вредных мутаций является аллергия на солнечный свет, глухота слепота и так далее. К нейтральным мутациям относятся те мутации, которые не влияют на жизнеспособность, например, гетерохромия.
Существуют также летальные и полулетальные мутации. Летальные мутации несовместимы с жизнью и приводят к гибели организма на ранних этапах его развития, например, при рождении у особи отсутствует головной мозг. Полулетальные мутации не приводят к смерти особи, но значительно уменьшают ее жизнеспособность. К таким мутациям относятся заболевания человека, передающиеся по наследству. Например, наличие 47-й хромосомы может вызвать у человека синдром Дауна, а, наоборот, отсутствие 46-й парной хромосомы – сидром Шерешевского-Тернера.
Расшифровка цепочки ДНК
Расшифровка цепочки ДНК в клетке – это исследование всех известных генов в клетках человека. Хоть цена за такую услугу значительно упала за последние десять лет, однако такое исследование по-прежнему остается дорогим удовольствием, и не каждый человек сможет позволить себе оплатить такую услугу. Чтобы уменьшить цену этого исследования, расшифровку ДНК стали делить по тематикам. Таким образом, появились различные тесты, которые исследуют интересующую человека группу генов и ее функции.
Как происходит расшифровка цепочки ДНК?
Таким образом, ученые получают картину гена, которую можно изучить и расшифровать. Синтез РНК Нуклеотиды делятся на четыре базовых элемента, служащими основой для формирования генов: АТГЦ, или аденин, тимин, гуанин, цитозин. В их состав входят фосфорные остатки, азотистые основания и пептоза.
Важно, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты не должна выходить за пределы мембраны ядра. С помощью РНК, которая играет роль копии участка цепи с генетическим кодом, генетическая цепочка может покинуть ядро, попасть вовнутрь клетки и воздействовать на ее внутренние процессы.
Как это происходит:
Итак, группа генов, участвующих в процессе старения клеток может, как заставить процесс старения идти быстрее, так и вовсе его остановить и запустить процесс омолаживания. То есть, каждый из генов может спровоцировать синтез нескольких видов белка.
Сутягина Дарья Сергеевна
В нашей ДНК содержится очень много информации, но пока мы можем расшифровать лишь небольшой процент генов. Добавлю несколько интересных фактов о ДНК: возможность двойной ДНК у человека. Такое явление случается, когда при беременности в утробе развиваются близнецы, но в процессе развития плода они сливаются в одного человека. Длина одной молекулы ДНК человека равна 2 метрам, а общая длина цепочки ДНК всех клеток тела человека равна 16 млрд. километрам, что равно расстоянию от Земли до Плутона. ДНК человека и кенгуру всего лишь 150 млн. лет назад были одинаковыми. Все знания и информация во всем мире могла бы уместиться всего лишь в 2 граммах дезоксирибонуклеиновой кислоты.
ООО «Медикал Геномикс» Лицензия № ЛО-69-01-002086 от 06.10.2017
Юр. адрес: г. Тверь, ул. Желябова, 48
ООО «Лаб-Трейдинг», ИНН: 6950225035, ОГРН: 1186952017053, КПП:695001001
Юр. адрес: г. Тверь, ул. 1-Я За Линией Октябрьской Ж/Д, 2, оф. 22