Репликация, топоизомераза.
Общепринятый взгляд на процесс репликации установился уже давно и его сейчас никто, даже любители альтернативных теорий, не оспаривает. Общепринятость в данном случае считается, что данную теорию изучают школьники, студенты и т.д. Данный процесс описан на молекулярном уровне, то есть действующими элементами в нем являются молекулы, такая-то молекула сделала то – получилось это, другая молекула поступила так-то – результат вышел такой-то.
Мы напомним читателю основные положения этой теории (по такой схеме будем рассматривать и другие фрагменты строительства живой материи), укажем на не понятные или сомнительные нам пункты и затем попытаемся объяснить сомнения или неясности на квантовом языке.
Так как во всем множестве трудов по этому вопросу нет принципиальных противоречий, то за основу изложения классической модели репликации возьмем статью из Википедии. Все цитаты везде будут выделены курсивом.
Модель репликации на молекулярном уровне.
Вот какую красивую картинку процесса репликации я нашел в Википедии Рис. 2.
Что изображено на этой картинке? Справа мы видим фрагмент реплицируемой ДНК. Цифрами отмечены: (1) запаздывающая ветвь, (2) лидирующая ветвь, (3) ДНК-полимераза I, (4) ДНК-лигаза, (5) РНК-праймер, (6) праймаза, (7) фрагмент Озаки, (8) ДНК-полимераза II, (9) хеликаза, (10) одиночная ветвь со связанными белками, (11) топоизомераза.
Как же работает этот комплекс?
Репликация начинается с расплетения двойной спирали ДНК. Как повествует Википедия:
“Ферменты (хеликаза, топоизомераза) и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК”.
Действительно из рисунка видно, что топоизомераза (10) раскрутила спираль в плоское, или нечто подобное на плоское. Дальше хеликаза (9) проходится по соединениям оснований и как клин разрывает их, а связанные с ветвями белки удерживают ветви разделенными, не давая им соединиться снова.
Рассмотрим работу топоизомеразы. В этом вопросе единства мнений не существует. Одни полагают, что молекулу топоизомераза вращает и этим раскручивает ее. Другие полагают, что топоизомераза разрывает одну ветвь, пропуская через разрыв вторую ветвь, и затем разорванная ветвь сшивается (лигируется). Один виток прошел. Это топоизомераза I. При выполнении этой работы она, как утверждают ученые, возможно, что это был даже профессор Гарвардского университета Джеймс Ванг, не потребляет никакой энергии. Но есть еще и топоизомераза II, которая разрывает обе ветви. Она потребляет энергию, но зато раскручивает два витка.
Кроме этих двух топоизомераз существует еще около десятка других топоизомераз или их аналогов.
Топоизомераза I представляется в графическом виде, примерно, как на Рис. 2.
Мы попытаемся понять хотя бы одну из топоизомераз. Поставим возникающие вопросы и попытаемся найти на них ответы.
Где берутся топоизомеразы?
Поскольку жизнь начинается с одной клетки, то можно смело сказать, что и топоизомераза в данной клетке была одна или какое-нибудь небольшое их количество. Организм растет и данного их количества, естественно, на все клетки не хватит. Значит, топоизомеразы синтезируются в клетках.
- Что и как их синтезирует?
Поскольку топоизомераза белковый комплекс, то можно предположить, что синтез белка идет либо прямо на ДНК, либо через рибосому.
- На каких фрагментах ДНК строятся данные белки, как и где они собираются в комплекс?
- По какому сигналу или чьему указанию топоизомераза начинает свою работу?
Дело в том, что можно предположить, что топоизомераза присутствует в клетке и начинает действовать по какому-то сигналу. Если она начинает действовать сразу после синтеза, то все равно желательно знать, какой сигнал запускает синтез топоизомеразы. Судя по куриному яичку, запуск синтеза топоизомеразы или включение ее в работу, происходит при подаче на яичко определенной энергии в виде тепла. Если тепло необходимо только для строительства топоизомеразы, то, возможно, она при расплетении энергию и не расходует, что весьма странно.
- Как топоизомераза оказалась в нужном месте на ДНК? См. рис. 2.
Если она сразу строилась в нужном месте, то, как в это место стягивались ее составляющие? Если же она монтировалась, например, в аппарате Гольджи, то по какому сигналу и каким механизмом она прибыла на ДНК? При строительстве на месте она могла бы обвить ДНК, но как ДНК оказывается внутри топоизомеразы, если она прибывает, откуда то? Хорошо допустим, что топоизомераза оказалась на требуемом месте на ДНК.
- Как она узнает связь, которую необходимо разорвать, протянуть через разрыв другую ветвь и потом разорванную связь восстановить?
Чтобы определить, что надо разрывать, это что должно чем-то отличаться от других связей. Причем это различие должна понимать топоизомераза. А для этого эта связь должна чем-то воздействовать на что-то в топоизомеразе. Что связь выделит из сахара или фосфата какой-нибудь атом, пошлет его топоизомеразе и та поймет, что надо делать? Или топоизомераза ощупает стыки между фосфатом и сахаром и найдет ей нужный?
А как будет разорван стык? Просто механическим или все-таки химическим способом? Если механическим, то в топоизомеразе должны быть какие-нибудь захваты и сжимающиеся элементы. Для этого потребуется энергия. Если разрыв вести химическим способом, то в топоизомеразе должен быть какой-то катализатор. А это снова энергия.
А как пропустить вторую ветвь в образовавшийся разрыв? То ли целую ветвь тащить через разрыв, то ли один оторванный конец обвести вокруг целой ветви. Затем этот конец подвести ко второму концу и ферментировать их реакцию. И вот интересное дело одна и та же топоизомераза ферментирует разрыв связи, и тут же ферментирует синтез одной и той же связи. К вероятному удивлению профессора Гарвардского университета и на тот и на другой процесс требуется энергия. Но энергия профессору не нужна, так как он не знает, куда ее пристроить и как она работает в реакциях.
Верим ли мы в данную модель раскручивания или нет, но ДНК действительно раскручивается.
Последуем дальше по рисунку 1.
