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.

Вот какую красивую картинку процесса репликации я нашел в Википедии. Рис. 2.

Как же работает этот комплекс?

Репликация начинается с расплетения двойной спирали. ДНК. На рисунке 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.

А теперь попытайтесь представить это колечко (топоизомеразу), которое как-то обнаружило конец молекулы, налезло на молекулу, захватило какими-то своими захватами ДНК и начало ее раскручивать. Похоже, что это не колечко, а нечто похожее на удава, который и обвивает ДНК. Но и такая топоизомераза должна найти начало молекулы, и то такое начало, которое совпадает с направлением раскручивающих сил топоизомеразы. Со средины раскручивание бессмысленно, ибо одна сторона будет раскручиваться, а другая будет закручиваться. Очень сложно представить, как молекулы топоизомеразы цепляются за фосфаты или дезоксирибозу молекулы и крутят ее. В это не верят другие ученые.

Они 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. В графическом виде топоизомеразаⅠ представляется так:

Ко всем этим моделям возникают вопросы.

1. Где берутся топоизомеразы?

Ясно, что они синтезируются в клетках, кроме может быть кроме тех, которые передались родительскими яйцеклетками. В организме много клеток и переданных по наследству топоизомераз не хватит.

2. Что и как их синтезирует?

Поскольку топоизомераза белковый комплекс, то можно предположить, что синтез белка идет либо прямо на ДНК, либо через рибосому. Тогда встает вопрос

3. На каких фрагментах (генах) ДНК строятся данные белки, как и где они собираются в комплекс?

4. По какому сигналу или чьему указанию топоизомераза начинает свою работу?

5. Как топоизомераза оказалась в нужном месте на ДНК?

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 эта прибывает, откуда то? Хорошо допустим, что топоизомераза оказалась на требуемом месте на ДНК.

6. Тогда как она узнает связь, которую необходимо разорвать, протянуть через разрыв другую ветвь и потом разорванную связь восстановить?

7. А как будет разорван стык? Просто механическим или все-таки химическим способом? Если механическим, то в топоизомеразе должны быть какие-нибудь захваты и сжимающие элементы. Для этого потребуется энергия. Если разрыв вести химическим способом, то в топоизомеразе должен быть какой-то катализатор. А это снова энергия.

8. 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.

На эти вопросы и еще множество других современная наука по молекулярной биологии не может дать принципиально.

Верим ли мы в данные модели раскручивания или нет, но ДНК действительно раскручивается. И как это происходит может объяснить только квантовая биология

Лежит яйцо курицы в гнезде и ничего с ним не происходит. Но вот приходит курица и садится на яйцо или хозяин берет это яйцо и помещает в инкубатор.

Ни в том, ни в другом случае в яйцо не проникло никакой особой молекулы кроме тех, которые проникали раньше, чтобы яйцо было живым. А что же проникло? В яйцо проникли тепловые фотоны определенного качества. Если фотоны обладают энергией меньшей, чем требуется, то ничего не будет происходить. Если энергия фотонов будут превышать требуемую энергию, в яйце будут происходить нежелательные явления, вплоть до нарушения структуры белков и других молекул. Требуемый диапазон тепловых фотонов довольно узок. Из крокодильих яиц при чуть-чуть отличающихся температурах вылупляются либо самки, либо самцы. Возможно, и в человеческом организме в зависимости от величины температуры формируется мальчик или девочка.

Продолжим следить за действиями теплового фотона попавшего в яйцо курицы или вообще в любую другую яйцеклетку. Фотон может взаимодействовать с элементами клетки таким образом:

1. Быть поглощенным одним из электронов, участвующих в образовании связи между основаниями молекулы, и в результате этого изменить энергетическую конфигурацию электронов оснований так, что связь между основаниями разрушится. Для этого эти связи должны быть резонансными именно для фотонов такой мощности (так и случилось в природе). Фотоны другого качества не будут восприниматься данными электронами точно так же, как данные фотоны не воспринимаются, например, электронами, образующими связь основания и сахара или сахара и фосфата. Для разрыва этих связей потребуются фотоны другого качества.

2. Начальный тепловой фотон может взаимодействовать не прямо с основанием, а катализировать процессы в митохондрии, которая будет генерировать фотоны, разрушающие связи между основаниями.

3. Фотон может передать (запустить) функции разрушения связи не митохондрии, а какому-нибудь другому ферменту, например, то же хеликазе.

Возможно, что в результате этих действий фотона будет разорвана одна из связей молекулы, а последующие будут дополнительно ферментироваться разрушенными связями. Это так называемая каскадная ферментация. Так или иначе, без участия фотона или их группы невозможно ни образовать, ни разрушить химическую связь.

Опыт показывает (это уже можно наблюдать приборами), что репликация начинается и продолжается во множественных местах молекулы. По этой причине можно предположить, что репликация не требует каскадной ферментации для образования репликативных единиц. Для этого достаточно тепловых фотонов и тепловых Броуновских возмущений. Последние и вносят некоторую случайность в процесс возникновения репликативных единиц по времени и в пространстве.

Возможно, что тепловые фотоны как раз и запускают хеликазу, если таковая имеется, которая катализирует разрыв оснований, никуда не двигаясь и не требуя стабилизационных белков, так как у распавшихся оснований такие энергетические состояния, что они не могут уже соединиться. Каждое из разорванных оснований не может вступить в реакцию с основанием, сидящем на дезоксирибозе, но требует реакции со свободным основанием.

А можно ли раскрутить молекулу без ДНК-топоизомеразы? Можно. Всякий, кто сверлил отверстия в деталях электрической дрелью, мог заметить, что при заедании сверла дрель давала отдачу в руки или стремилась провернуть деталь. Если бы рассверливалась из торца цилиндрическая пружина, то при заедании сверла пружина бы раскручивалась при одном направлении намотки и скручивалась при обратной намотке. Все почему-то забыли, что следует не только раскручивать исходную молекулу, но и скручивать вновь образованные. Или молчаливо подразумевалось, что они скрутятся сами? Это верное предположение. Синтезирующаяся молекула скручивается сама под действием своих внутренних сил, за счет своих внутренних связей.

Если бы мы могли видеть реплицирующуюся молекулу с торца, то увидели бы, что каждый новый нуклеотид поворачивается относительно предыдущего на некоторый угол, то есть плоскость торца фактически вращается и движется вперед, точно также как кромка сверла в дрели. Рис. 3.

И теперь остается решить, кто-то должен кого-то вращать или должна раскручиваться спираль сама (пружина)? Естественно, если жесткость спирали не велика, то она и будет раскручиваться. Вновь образовывающаяся молекула уже связала свою ветвь со второй новой ветвью, и она стала массивней одной ветви реплицируемой молекулы и последней приходится раскручиваться. Точно также действует и встречная репликационная вилка, как две встречные дрели на цилиндрической пружине.

По этой причине одностороннее направление репликации и выжило эволюционно. Двух стороннее репликационное направление при спиральной форме молекулы выжить не может. Могло бы выжить противоположное одностороннее направление, но тогда молекула была бы не правозакрученная, а левозакрученная.

В природе закручивание можно наблюдать часто: вьющиеся лианы и другие растения, поворот цветков растений за солнцем и т.п. Цветы, согнутые растения, скрученные листочки и много чего другого обладает свойством раскручиваться. То есть силы скручивания и раскручивания в природе существуют и почему бы им не быть в молекуле. Принимают ли участие в этом процессе ДНК-топоизомеразы, сказать трудно, но можно согласиться с предположением, что они ферментируют данное явление.

В еженедельной газете "Наука в сибири" (N 30 (2466) Июль 2004 г) Сибирского отделения Российской академии наук доктор биологических наук Алексей Груздев при обсуждении статьи “«МОЛЧАЩАЯ» ДНК ГЕТЕРОХРОМАТИНА” рассказывает:

“Используя гигантские политенные хромосомы личинок одного из видов комаров, мы убедились, что ДНК в транскрипционно неактивных дисках, как и ожидалось, находится в топологически замкнутом релаксированном состоянии. Мы подтвердили также, что в транскрипционно активных участках (пуфах) ДНК существенно недокручена (т. е. торсионно напряжена отрицательно). По-видимому, это регулируемое клеткой состояние ДНК обеспечивает оптимальную скорость транскрипции генов.

Наш метод оказался недостаточно чувствительным для исследования состояния ДНК в отдельных участках метафазных хромосом мыши. Поэтому мы исследовали большие скопления хромосом. К нашему удивлению оказалось, что почти вся (80%) ДНК этих хромосом так же торсионно напряжена, как ДНК транскрипционно активных генов в пуфах политенных хромосом, но заметно устойчива к ДНКазам (ферментам, расщепляющим ДНК). Вероятнее всего, напряжение возникло при уплотнении упаковки ДНК в тело хромосомы. Этот вывод был подтвержден группой японских исследователей. Позже ими был вскрыт и механизм возникновения напряжения”.

К сожалению, мне неизвестно, что вскрыли японцы, но то, что они подтверждают факт торсионных напряжений в молекуле ДНК, может служить объяснению процесса раскручивания молекулы внутренними напряжениями в самой молекуле. ДНК-топоизомера в данном случае может рассматриваться как специфический фермент.

По предложенной модели процесс расплетения может идти различным порядком, а раскручивание происходит совместно с синтезом новой молекулы.