Репликация. Полимераза

Полимеразы, как считают ученые, достраивают ветви, расплетенной ДНК до полных молекул. ДНК-полимераза Ⅱ работает с лидирующей ветвью молекулы, а ДНК-полимераза Ⅰ достраивает запаздывающую ветвь.

Википедия повествует (такой взгляд на этот процесс обще принят, поэтому безразлично откуда он взят):

“ДНК-полимераза – фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибонуклеотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент “читает” и использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, c которого ведется считывание”.

Небольшая фраза, а емкая. Видите, что делает этот чудный фермент: катализирует, “читает”, использует, определяет и считывает. В этих явлениях я бы выделил два таких состояния: результат и процесс достижения этого результата. С результатами все более-менее понятно, а вот с процессом получения этих результатов несколько сложнее.

Катализ. Результатом катализа есть соединение или разъединение определенных элементов. Это всеми признанная позиция. Известно немного и о пути получения этого результата: катализатор каким-то образом (никто не акцентирует, каким именно образом) уменьшает или увеличивает энергию связи между элементами.

Чтение. Результатом “чтения” должен быть определен тип основания на ветви ДНК, к которому надлежит присоединить соответствующее комплементарное основание. А вот путь получения этого результата неизвестен никому, в том числе и читающим лекции по молекулярной биологии. Этот путь нельзя понять на молекулярно-атомарном уровне.

Использование. Это явление коррелирует с остальными явлениями. Результатом использования есть анализ определенного при “чтении” типа основания, как шаблона, и определении для него комплементарного основания. Как происходит данный процесс использования в реальном мире тоже нельзя понять на молекулярном уровне.

Определение. Результатом определения есть указание на комплементарное основание то, которое было прочтено. Как указывается на это основание и чем, современная наука умалчивает. Нет у нее языка, на котором она могла бы это раскрыть.

Считывание. Результатом считывания есть передача образа основания, полученного в результате “чтения” для дальнейшего использования.

Как же осуществляются эти процессы согласно понятиям молекулярной биологии?

Особый упор при описании полимераз делается на то, что ни какая полимераза не может начать синтез новой ветви ДНК без некоторой затравки (праймера) и что синтез новой ветви должен обязательно вестись со стороны 3′. Почему так и откуда все это появилось, мне узнать не удается. Почему праймаза может присоединить нуклеотид РНК к ветви ДНК, а полимеразе это категорически запрещено, даже если это комплементарный нуклеотид?

Обычно работа полимеразы описывается достаточно скромно:

“Репликация происходит путем непрерывного роста нуклеотид за нуклеотидом обеих цепей одновременно. Матрица считывается ДНК-полимеразой только в направлении 3′ 5′, добавляя свободные нуклеотиды к 3′-концу собираемой цепочки. Поэтому синтез ДНК происходит непрерывно только на одной из матричных цепей, называемой “лидирующей”. Во второй цепи (“отстающей”) синтез происходит короткими фрагментами”.

Фрагмент полимеразы выглядит графически примерно так.

Это трехмерная структура ДНК-связывающих спирально-шпилечных участков в человеческой бета-ДНК-полимеразе (полимераза Ⅱ). Вот этот конгломерат белков, возможно, фрагментов РНК, ДНК или других соединений, “читает” встречающиеся на его пути основание, использует его образ для сравнения с другими основаниями, определяет, какое из них является комплементарным, и затем ферментирует реакцию между этими основаниями. Дальше полимераза должна каким-то образом продвинуться на один нуклеотид и повторить цикл.

И этим занимаются серьезные дяди. Это не девочка Ира, которая рассаживает своих кукол: ”Ты, Машенька, подвинься, здесь сядет Танечка. И ты посмотри, какое в тебя испачканное платье, не то что в Машеньки”. Ну и дальше в таком же духе, насколько хватит фантазии. Благодаря этим фантазиям Ирочка приобретает опыт, а серьезные дяди получают деньги налогоплательщиков, и не малые.

Ребенка надо долго обучать грамоте или цветам, чтобы он мог отличить аденин от тимина, потом еще дольше учить, чтобы по аденину он мог найти тимин (это даже студентам не сразу запоминается). Если полимераза определяет основания по форме (или какому-то другому признаку), то она должна иметь в себе эту форму, которую затем будет примерять на встретившиеся основания. И ее тоже надо обучать: если эта форма не подходит, то тащи следующую форму или основание к форме.

Что сможет сделать этот кусочек, по существу, обычного мяса? Он намного проще самой простой клетки. В клетке есть и белки (в виде рибосом, гистонов, тубулина и множества других образований), и нуклеотиды, и жиры и все что угодно, и даже эта сложная система не обладает свойством “понимать”, “сравнивать”, “считывать”, “добавлять” и тому подобное.

Вот такая получается сложная служба у полимеразыⅡ, а полимеразеⅠ вообще не позавидуешь. ПолимеразеⅡ все просто: расплелась пара оснований и сразу можно анализировать, что это за пара, искать к ним комплементарные элементы и соединять их. Точка: ожидай разрыва следующей пары или если она разорвана, то проделывай то же, что и с предыдущей парой. Такая благодать на лидирующей ветви. Рисунок 2.

Но не то происходит на запаздывающей ветви. Дело в том, что законы молекулярной биологии не у молимы: синтез молекулы необходимо вести только в направлении 3′ 5′, добавляя свободные нуклеотиды к 3′-концу собираемой цепочки. А в только что расплетенной паре один конец 3′(лидирующая ветвь), а другой конец 5′ (запаздывающая ветвь). И как тут быть?

Эту проблему решил восточный мудрец Оказаки. Он предложил, что полимеразе следует немножко подождать пока не расплетется некоторая часть (фрагмент) молекулы и затем она продвинется по этому фрагменту к концу 3′ и уже оттуда начнет синтез молекулы. В обратном, так сказать, направлении. И хотя этот мудрец не сказал ничего ни о длине этих фрагментов, ни о том по каким признакам находится начало этих фрагментов, ни как добирается к началу этого фрагмента полимераза, и даже не сказал, а нужна ли в этом случае праймаза и тому подобное, все же преклоняясь перед его восточной мудростью эти фрагменты назвали именем Оказаки. Воздали по чести.

Оказалось, что такой алгоритм работы для полимеразыⅡ не подходит и природа ее модифицировала до полимеразыⅠ. Но почему-то не наделила ее функцией “пришивать” синтезированный фрагмент Оказаки к ранее синтезированной молекуле. Для этой цели она (природа) создала в клетке такой инструмент, как лигаза.

Именно лигаза находится в том месте, где заканчивает работу полимеразаⅠ. Как только полимераза свершила свое дело, лигаза захватывает концы 3′ и 5′, сводит их один к одному и сшивает. А дальше зорко следит, где ей придется трудится в следующий момент, чтобы вовремя туда подоспеть. Но может быть я ошибаюсь и в другом месте работает другая лигаза. Но все же как-то странно, что на запаздывающей ветви праймазе, полимеразе и лигазе приходится так много метаться туда и обратно.

И что досадно, это то, что никто не объясняет самих процессов “узнавания”, ”передвижения по ветвям”, ”присоединений” и так далее. Одно утешает, что это можно объяснить квантовым языком

В статье "Репликация. Топоизомераза" я привел примеры разрыва оснований при репликации: основания расплетаются под воздействием тепловых фотонов непосредственно или косвенно через митохондрию, или через какой-нибудь катализатор (например, хеликазу). Но возможно я излишне перестраховался, что назвал три пути.

Я склоняюсь к тому, что разрывают основания сами фотоны. Примеров этому множество. Вот лежит кусочек льда. Если внешняя температура ниже 0⁰C, то со льдом ничего не происходит. Но если температура станет чуть выше 0⁰C, то связи между молекулами льда начнут разрушаться и лед начнет превращаться в жидкость. Электроны поглотили соответствующие тепловые фотоны, перешли на другие уровни, водородные связи значительно ослабли.

А при 100⁰C электроны окажутся на еще высшем уровне и связи станут настолько слабыми, что начнут разрушатся полностью. Молекулы воды станут свободными.

Такая же ситуация наблюдается со многими другими веществами. Притроньтесь горячим паяльником к олову, и оно расплавиться. Плавиться тело горящей свечи. Даже кусок железа в доменной печи превращается в жидкость, по сути одиночные свободные атомы. Все зависит от температуры, а точнее соответствующего потока тепловых фотонов.

Почему мы должны в этом отказывать связям между основаниями в ДНК? Не будем. При температуре, скажем 36,6⁰C, в человеческой ДНК распадаются основания, и молекула делиться на две ветви.

Очевидно, что распад оснований провоцирует дальнейшие реакции в молекуле. Освободившиеся концы оснований под воздействием фотонов митохондрии начинаются светится своим индивидуальным светом. Это свет присущ только основанию, которое связано своими другими частями с дезоксирибозой. Если основание не связано с сахаром, а свободно или связано с каким-нибудь другим элементом, то этого света не будет или будет какой-то другой свет. Каждому свету соответствует строго конкретной энергии фотон.

Как этот свет образуется можно прочесть в статьях "Спонтанное излучение" и "Вынужденное излучение".

А зачем молекуле нужны эти индивидуальные излучения? Да ровно за тем же что и излучение в виде отражения света от лица другого человека, чтобы вы могли его узнать. Когда аденин излучает свой свет, этот свет попадает на все элементы в клетке и даже за ее пределами. Точно так же как свет от лампочки попадает на все предметы в комнате.

Но этот свет аденина понимается только и только свободным тимином, как лицо вашего знакомого понимается вами. Другим лицо вашего знакомого не интересно, как и вам другие лица.

Но что значит понимается только тимином? У тимина, как и у вашего знакомого есть особая примета. А конкретно, именно у тимина есть электрон, у которого такое энергетическое состояние, что он может принять и поглотить тот фотон, который излучил аденин. Никакой другой электрон таким состоянием не обладает, и хотя он может (и даже объязан) принять этот фотон, но не сможет его поглотить (просто некуда) и поэтому ретранслирует его дальше.

Такие пары фотон-электрон я называю резонансными. Как раз они образуют гравитационное (такое непонятное для науки) взаимодействие, которое и заставляет тимин двигаться к аденину, где бы он не находился в клетке или даже вне ее. Это все описано в статьях "Гравитация" и "Устройство электрона".

Без воздействия определенной силы, в данном случае, на тимин, он по своей воле не станет двигаться к аденину. Но к величайшему сожалению и удивлению ни один в мире ученый не может указать на эту силу. Самое большое, что может он придумать в этом случае, это то, что мол тепловое движение (броуновские толчки) пригонят тимин к аденину. Но он забывает, а большинство и не знает, что эти же толчки с такой же вероятностью, тимин, находящийся возле аденина, затолкают от аденина в самый дальний угол клетки. И никакой реакции не произойдет. Другой силы никакой корифей вам не предложит.

Таким гравитационным воздействием происходят все реакции в клетке, да и во всем сущем. Гуанин притягивает цитозин. Свободные концы цепочки гуанин-цитозин, или тимин-аденин притягивают к себе молекулы дезоксирибозы (сахара). Свободные концы сахара 3′ и 5′ притягивают к себе соответствующие концы фосфата.

Вполне возможно, что этот свет самостоятельно, или совместно со светом этой митохондрии или какой-нибудь другой митохондрии, катализирует разрыв концов 3′ и 5′. В этом случае молекулу не нужно даже раскручивать. Обрабатывай каждый нуклеодит, как последний и все, а не обработанная часть никуда не денется. Ее свободные концы будут тянуться к сответствующим концам новых молекул.

Для каждого из соединений или разрывов молекул требуется свой индивидуальный с конкретной энергией поток фотонов. И он существует.

Аналогия с компьютером полнейшая. Диспетчер задач реагирует на коды 10, 11 или 01 абсолютно по-разному: в первом случае (условно) на экран выведется какая-нибудь информация, во втором заиграет музыка, а в третьем напечатается что-то на принтере. И это только потому, что в одной из миллиардов емкостей, составляющих память компьютеров, будет чуть больше или меньше электронов.

Что же природе понадобилось для репликации ДНК с молекулярных позиций? Смотря по рисунку 2

Для репликации ДНК с квантовых позиций природе понадобилось:
1. Поток фотонов для разрушения связей между основаниями.
2. 4 потока фотонов для возбуждения освободившихся оснований.
3. Поток фотонов для организации связи оснований с дезоксирибозой.
4. Поток фотонов для реакции сахара и фосфорной кислоты.

Как видите участников репликации и в той и другой модели примерно одинаково. Но в первом случае для начала работы органелл надо обязательно какие-то сигналы, а во втором случае есть сигналы, но надо определиться с их носителями.

Видите, эти модели можно согласовать, если органеллы молекулярной модели рассматривать как ферменты и катализаторы. Совместно с митохондриями им под силу генерировать тот или иной поток фотонов. Не обязательно полимеразе ползти по молекуле и определять органолептическим путем тип основания.

В любом случае, чтобы верно понять процессы происходящие при репликации следует переходить из атомарно-молекулярного уровня познания на квантовый уровень познания.

Предположим, что мы согласовали обе модели репликации. Согласились, что репликация начинается с подачи на молекулу соответствующего потока фотонов (они действуют через топоизомеразу, хеликазу или непосредственно). Спрашивается: достаточное ли условие подачи тепловых фотонов для запуска режима репликации?

Если да, то каждая вновь синтезированная ДНК должна сразу же реплицироваться, и, как мне видится, каждый организм должен расти непрерывно и довольно быстро. В статье Полчаса митоза Галина Костина рассказывает, что деление клетки осуществляется примерно за полчаса. Представьте сколько же будет клеток за сутки. Это 2⁴⁸ клеток. А за двое суток или трое? Да столько клеток нет во вселенной.

А это значит, что подача тепловых фотонов на молекулу не достаточное условие чтобы она начала реплицироваться. Это условие, как говорят математики необходимое, но недостаточное. По всей видимости молекула должна либо “дозреть” сама, либо создать вокруг себя соответствующий фон, либо и то, и то.

Возможно, что эти паузы между митозом и есть по крайней мере хоть один из признаков длительности жизни организма.

Над проблемой старения работает академик Скулачев и его сыновья. В статье "Лекарство от старости" эта группа обещает получить это лекарство через 5-6 лет. Если честно, то мне это кажется сомнительным. Ведь они работают практически вслепую: опираясь на некоторые свои предположения что-то изменят в лекарстве и апробируют его на живом. Набирают статистику. Не получилось, снова модифицируют лекарство и так до бесконечности. И остается только надеяться, что какой-нибудь препарат окажется удачным. А так, чтобы что-то измерять в новом препарате – этого у них по-видимому нет.

Очень похоже, что без перехода на квантовый уровень познания качественно проблему старости не решить