Как смена положения протона меняет «почерк» основания
Основания ДНК удерживаются в паре водородными связями — слабыми притяжениями между атомами водорода и соседними атомами азота или кислорода. Важна не только сила этих связей, но и расположение атомов: оно задаёт, какие точки одной «буквы» могут соединиться с точками другой. Поэтому обычно аденин подходит к тимину, а гуанин — к цитозину.
Иногда протон, то есть ядро атома водорода, оказывается по другую сторону связи. На таком микроскопическом масштабе ему не обязательно буквально перелезать через барьер: квантовое туннелирование позволяет частице с некоторой вероятностью пройти сквозь него. Перемещение протона меняет распределение электронов и превращает основание в редкую форму, у которой иначе расположены участки для образования связей.
Как временная перестановка становится ошибкой
Фермент ДНК-полимераза копирует молекулу, подбирая к каждой исходной букве подходящую пару. Он ориентируется не только на химическую «совместимость», но и на геометрию пары. Необычная форма основания может на короткое время сделать неправильное сочетание достаточно похожим на нормальное — и полимераза вставит не тот нуклеотид.
Чаще всего такая ошибка исправляется: сама полимераза способна отступить и удалить неверно поставленную букву, а другие системы клетки проверяют и ремонтируют ДНК. Но если несоответствие останется, последующее копирование может закрепить замену в одной из новых молекул. Так единичное и краткое смещение протона способно дать начало постоянной мутации — хотя само по себе оно ещё не означает, что ошибка непременно сохранится.
