Кинетика расплетания двойной спирали

Расплетание возникает после разрыва связей между цепями. Если допустить, что оно происходит в результате вращательного броуновского движения, то этот процесс потребует времени τ гораздо большего, чем наблюдаемое. Кун рассмотрел разделение цепей, происходящее при сочетании вращательного теплового движения с поступательным, и получил для ДНК с молек. массой τ порядка 1 мин, что слишком много.

Время расплетания существенно уменьшается, если учесть вращательный момент, возникающий вследствие разделения цепей (Лонгет-Хиггинс и Зимм, 1960). Момент этот равен

,

φ=36/57,3 - выраженный в радианах угол, на который нужно повернуть конец цепи для освобождения одной пары оснований. Скорость раскручивания, т. е. относительная угловая скорость двух половин спирали, есть , где β- коэффициент трения. Для спиралей с молек. массой порядка 10⁶ τ оказывается порядка секунд. Эта оценка не учитывает необратимости расплетания и перепутывания освободившихся цепей.

Мэсси и Зимм (1969) исследовали денатурацию ДНК релаксационными методами и установили зависимость τ от ряда факторов.

где 0<ψ<1- фактор, характеризующий стадию перехода, с - концентрация

ДНК, [η] – ее характеристическая вязкость, η₀ — вязкость растворителя, b - константа, зависящая от ионной силы. При малых с значение τ~M, повышение τ от начала перехода к концу показывает, что сопротивление среды возрастает по мере развертывания молекулы [4].

Варшавский и Евдокимов изучали расплетание ДНК методом теплового удара. Раствор ДНК нагревался от 5 до 20°С в течение 0,5 с. Кинетические кривые свидетельствуют о наличии не менее двух стадий структурного перехода. В первой, быстрой, стадии исчезает почти весь гипохромный эффект. По-видимому, на этой стадии образуются неподвижные петли, полное расплетание которых происходит на второй стадии. Скорость расплетания следует уравнению Аррениуса, энергия активации процесса сильно зависит от рН, имея максимальное значение при промежуточных рН [4].