ДНК-полимеразы - это белки, которые отвечают за репликацию генетического материала. В среднем они ошибаются раз на 10-100 тысяч "строчек"-нуклеотидов. Но до сих пор большинство экспериментов проводили в упрощенных условиях, без учtта того, что в реальной клетке ферменту приходится расплетать двойную спираль ДНК перед собой.
Исследователи ИХБФМ СО РАН пошли дальше. Они сравнили работу двух разных полимераз, бактериальной и фаговой, в условиях с вытеснением цепи и без него. Выяснилось, что, когда ферменту нужно разрывать прочные пары нуклеотидов впереди, он работает в разы точнее. Чем прочнее участок ДНК, тем выше точность.
Когда полимераза присоединяет правильный нуклеотид, высвобождается достаточно энергии, чтобы не только провести химическую реакцию, но и "расстегнуть" двойную спираль впереди. Если нуклеотид ошибочный - энергии не хватает, и процесс останавливается. Таким образом, сама структура ДНК становится дополнительным фильтром качества.
"Раньше считалось, что точность определяется исключительно активным центром фермента. Мы показали, что механическая нагрузка сама по себе работает как независимый контролер. Природа сделала полимеразу аккуратнее, просто усложнив ей работу", - комментирует руководитель гранта РНФ, старший научный сотрудник лаборатории геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН Анна Юдкина.
Открытие имеет и практическое значение. Современные методы генной инженерии часто используют полимеразы с умением расплетать ДНК. Понимание этого механизма позволит создавать более точные версии ферментов - или, наоборот, более "небрежные" для задач, где нужно генерировать разнообразие генов, например в направленной эволюции белков.