ПОЧЕМУ ТЕЛЕФОННЫЕ ПРОВОДА ЗАПУТЫВАЮТСЯ, А МОЛЕКУЛА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ НИКОГДА?

 ПОЧЕМУ ТЕЛЕФОННЫЕ ПРОВОДА ЗАПУТЫВАЮТСЯ, А МОЛЕКУЛА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ НИКОГДА?

Юрий МАГАРШАК

Вопрос интригующий. Ведь отношение длины телефонного провода, ведущего от аппарата к трубке, не более чем 200-300 (примерно метр длины деленное на не больше чем полсантиметра), в то время как число нуклеотидов в хромосомах человека порядка 200 миллионов (1-ая хромосома имеет 248 миллионов пар оснований) , то есть соотношение длины к ширине в хромосомах больше, чем в телефонном проводе примерно в миллион раз! И ни одного узла! И это несмотря на то, что телефонный провод всего-лишь держит рука во время разговора, в то время как нити ДНК расплетаются для транскрибирования (синтеза РНК) и удваиваются в процессе репликации для размножения клетки. Репликационная вилка на молекулах ДНК движется со скоростью от 10 до 1000 нуклеотидов в секунду, расплетая и заплетая двойные спирали. Однако (в отличие от телефонного провода) не возникает ни супервитков, ни узлов.

Каким образом Природа осуществляет такое чудо?

Отсутствие узлов (врагов жизни!) являются феременты топоизомеразы. При этом

• топоизомеразы первого типа, разрывая одну цепь ДНК, снимая один виток суперспирализации. Энергия при этом не затрачивается и AТФ не расходуется. Суперспирализация при этом изменяется на единицу.

• топоизомеразы второго типа разрывают обе ДНК цепи,изменяя положительную и отрицательную суперспирализацию на 2.

• топоизомеразы II могут катенировать и декатенировать узлы ДНК. Относящаяся к этому типу ДНК-гираза вносит отрицательные супервитки.

Из топологии известно, что в четырехмерном пространстве узлы (существующие в пространстве трех измерений) развязываются. Таким образом действие топоизомераз на нуклеотиды эквивалентно переходу в четырехмерное пространство. В которое телефонные провода, запутываясь, не переходят.

Такие вот чудеса природы. Одни из миллионов и миллиардов. Каждое из которых поразительно!!

Каким образом топоизомеразы локально знают, в какую сторону следует переборсить нить ДНК (или двуспиральную ДНК), чтобы не запутать, а распутать суперспирализацию, и не создать узел, а уничтожить его? Вопрос, на который не знаю ответа. И не уверен, что биологи, традиционно далекие от математики, его вообще ставят.

=============

на снимках:

справа - запутавшиеся провода

слева - молекула ДНК, которая никогда не запутывается !