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DNA-Knoten können durcheinander durchtunneln

03.07.2014

Computersimulationen zeigen, wie zwei Knoten auf einem DNA-Strang durcheinander durchdiffundieren und Plätze tauschen können.

Physiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ) haben mit Hilfe von Computersimulationen gezeigt, wie zwei Knoten auf einem DNA-Strang durcheinander durchdiffundieren können und auf diese Weise ihre Position auf der DNA vertauschen.


Schematische Darstellung des „Tunnelvorgangs“: Ein Knoten vergrößert sich stark, während der andere Knoten entlang des Profils diffundiert.

Abb.: Peter Virnau, JGU

Einer der beiden Knoten vergrößert sich dabei stark, während der andere entlang dem Strang des vergrößerten Knotens diffundiert.

Dazu muss lediglich eine kleine Barriere in der sogenannten freien Energie überwunden werden, das heißt die Wahrscheinlichkeit eines solchen Übergangs ist relativ groß.

„Wir vermuten daher, dass ein solcher Platzwechsel von Knoten tatsächlich auch in lebenden Organismen auftreten könnte“, erklärt Dr. Peter Virnau vom Institut für Physik, der die Computersimulation zusammen mit Benjamin Trefz und Jonathan Siebert durchgeführt hat.

Die Wissenschaftler erwarten, dass der Mechanismus auch eine Rolle bei Zukunftstechnologien wie dem Nanopore-Sequencing spielen dürfte, bei dem lange DNA-Stränge zur Sequenzierung durch Poren gezogen werden.

Bei langen DNA-Strängen von über 100.000 Basenpaaren steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein oder auch mehrere Knoten auftreten, was die Sequenzierung beeinflusst. 

Veröffentlichung:
Benjamin Trefz, Jonathan Siebert, Peter Virnau
How molecular knots can pass through each other
Proceedings of the National Academy of Sciences, 19. Mai 2014
DOI: 10.1073/pnas.1319376111

Weitere Informationen:
Dr. Peter Virnau
Kondensierte Materie KOMET
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-20493
Fax +49 6131 39-20496
E-Mail: virnau@uni-mainz.de
http://www.komet331.physik.uni-mainz.de/virnau.php

Weitere Links:
http://www.pnas.org/content/111/22/7948.abstract

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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