Исследуя структуру и характеристики генетического кода, учеными проводятся различные экспериментальные опыты. При этом применяются определенные технологические методы. Одним из обратимых процессов, происходящих в ДНК, является денатурация или плавление. В настоящей статье описаны основные характеристики и параметры метода плавления.
Результаты процедуры нагрева ДНК используются в различных сферах молекулярной биологии и генной инженерии. На основании опытов исследуются характеристики разнообразных вирусов и грибков болезней. Нагревательная процедура входит в состав многих методов анализа.
Описание
Несоответствие последовательности цепи, возникающее при температурном воздействии до 1000 градусов Цельсия, или при изменении увеличения давления называется денатурацией.
Температурное повышение влияет на разрушение связи спирали водородных элементов. Расхождение происходит между плоскостями кода и его основанием.
На технологичный процесс воздействуют определенные элементы:
· одновалентные ионы;
· двухвалентные ионы;
· белок;
· нейтральный заряд фосфатов.
Показатель температуры при нагревании образца, соответствующим образом зависит от количества нуклеотидов в молекуле.
История исследований
В апреле 1953 года группа ученых под руководством Фрэнсиса Крика и Джеймс Дьюи Уотсона выдвинула теорию, основанную на двух положениях:
· ДНК имеет вид двойной спирали, диаметр которой составляет два нанометра;
· расстояния между ступенями цепочки равно 0,34 нанометров, в полном обороте спирали участвуют десять пар оснований.
Последующие опыты ученых показали, что нагревая образцы, его структура преображается из спиралевидной формы в форму запутанного клубка.
Обратимость денатурации была доказана экспериментально в 1960 году. А в 1962 году Крик и Уотсон получили Нобелевскую премию по генетике.
Принцип действия
Давление и температура плавления зависят от количества нуклеотидов. Связано это с тем, что для расхождения Н – связей различных пар гена требуется разное количество энергии.
Процесс плавления ДНК является обратимым и восстановительным. Причем восстановление структуры спиральной цепи может произойти при полном разрушении цепочки. При этом способ воссоединения генных связей называется ренатурацией, который происходит с соответствующим понижением значений давления и температуры.
Восстановительная реакция начинает происходить в ДНК уже при температуре на двести градусов ниже температуры денатурации.
Дестабилизирующие факторы, влияющие на изменение структуры ДНК:
· повышение температуры по Цельсию;
· существенное повышение давления.
При нагревании в генных спиралевидных цепочках происходит агрегация элементов. Визуально денатурация может напоминать образование белого белка при жарке куриного яйца.
То есть способ нагревания приводит к распаду жесткой структуры спиралевидной лестницы. При этом происходит значительная потеря параметров и характеристик исходного образца.
При нагреве получается значительное отклонение цепей молекулы, которое сопровождается снижением биологической активности экспериментального образца.
Степень разрушения связей исследуется показателями поглощения ультрафиолетового света. Так как при плавлении устраняется дезэкранирование азота в молекуле, что соответственно вызывает большую степень поглощения ультрафиолета. При этом длина волны ультрафиолетового света равна 260 нанометрам.
Денатурация на практике
В практическом аспекте человеческой жизни денатурация молекулы ДНК применяется для диссипативного процесса в вирусах и белковых субъединицах. То есть при нагревании исследуемого вещества происходит выделение РНК вирусов. После чего существует возможность исследовать досконально все характеристики и свойства вирусов и грибков.
При выделении РНК спирали вируса необходимо учитывать показатели давления и ионную силу среды.
Использование в медицине и генетике
Одной из главных задач, которую можно осуществить благодаря денатурации – это получение рекомбинантного генетического шифра. При этом используется метод полимеразной цепной реакции, состоящий из трех этапов:
· денатурация;
· гибридизация;
· полимеризация.
Благодаря методу получают неограниченное количество копий ДНК с присутствием мутаций. На основании копий проводятся диагностические эксперименты инфицирования вирусами, бактериальными и грибковыми болезнями.
С помощью полимеразной цепной реакции получаются копии экспериментального гена. Полученные гены соответствующих типов, можно использовать в различных сферах:
· производство биологических активных веществ, в том числе и промышленно;
· создание и производство генетически инженерных вакцин;
· генетическая диагностика;
· генная терапия.
Метод блот-гибридизации основан также на использовании денатурации. При этом происходит идентификация свойств последовательностей, с помощью которых можно охарактеризовать параметры инфекций, наследственность и установить экспрессии геномов.
Перспективы развития
Так как процесс является обратимым, влияние его исследований могут разрешить многие вопросы молекулярной биологии и генетики.
Благодаря генетической инженерии произведено в настоящее время более трехсот препаратов и вакцин. В медицине используются:
· антикоагулятор (рассасывание тромбов, лечение инфаркта миокарда);
· пятый фактор крови (лечение гемофилии группы А);
· эритропоэтин (анемия, образует должное количество эритроцитов);
· фактор роста (стимуляция роста определенных клеток);
· соматотропин (болезнь карликов, использование гормона роста).
В перспективе исследования могут привести к неожиданным результатам, к примеру, нахождение способа излечить неизлечимые болезни человеческого организма.
Познавательные факты
При процедуре температурного повышения двойная спираль генетической молекулы сворачивается в клубок, который имеет возможность разматываться в исходное состояние.