Репарация ДНК

Репликация ДНК

Репарация ДНК.

Для обеспечения основных характеристик клеток и организмов данной популяции необходимо точное хранение структуры и стабильности функций генетического материала на протяжении тысяч и миллионов лет, несмотря на действие различных мутагенных факторов. Для поддержание стабильной функции ДНК существует несколько механизмов. Во-первых, это высокая химическая стабильность самой молекулы ДНК, а во-вторых, - наличие специальных механизмов самокоррекции и репарации возникающих изменений. Генетическая информация может надежно храниться в нуклеотидных последовательностях ДНК только том, что широкий набор различных репликационный ферментов осуществляет непрерывный "осмотр" ДНК и удаляет из нее повреждены нуклеотиды.

Под действием физических и химических агентов, а также при нормальном биосинтезе ДНК в ней могут возникать повреждения. Оказалось, что клетки имеют механизмы исправление повреждений в нитях ДНК. Способность клеток к исправлению повреждений в молекулах ДНК получила название репарации (от. лат. reparatio - восстановление). Процесс репарации ДНК состоит в том, что генетическая информация представлена ??в ДНК двумя копиями - по одной в каждом из двух цепей двойной спирали ДНК. Благодаря этому случайное повреждение в одном из цепей может быть удалено репликационный ферментом и поврежденный участок цепи Ресинзированная в своем нормальном виде за счет информации, содержащейся в неповрежденном цепи. По времени осуществления в клеточном цикле различают дорепликативну, репликативну и постреп- ликативну репарацию.

Дорепликативна репарация. Это процесс восстановления поврежденной ДНК к ее удвоение. Простейших случаях разрывы могут быть восстановлены ферментом лигазы. В других случаях используется полная ферментативная система репарации (приведенная ниже).

Репликативные репарация. Это совокупность процессов восстановления ДНК в ходе репликации. При этом поврежденный участок удаляется протяжении репликации в зоне роста цепи. В обеспечении высокой точности репликации значительная роль принадлежит механизму самокоррекции, который осуществляется ДНК-полимеразой или тесно связанным с ней ферментом эндонуклеазой. Этот процесс связан с определением ошибке включенного в цепь нуклеотида, отщеплением его и заменой на соответствующий. В результате этого частота ошибок снижается в 10 раз (с 105-10 "6). Пострепликативна репарация. ее механизм точно не изучен. При пострепликативний репарации происходит вырезание поврежденного участка и сшивания концов. При этом клетка может сохранять жизнеспособность и передавать дефектную ДНК дочерним клеткам. Допускают возможность разных вариантов синтеза ДНК на поврежденной матрице.

По механизмам развития репарации различают: эксцизионной, неексцизийну, рекомбинативну репарацию. Эксцизионная репарация (вырезая). При экс- цизийний репарации устраняются повреждения, появившиеся под воздействием ионизирующей радиации, химических веществ и других факторов. Это основной тип репарации, обнаружен как у прокариот, так и в клетках эукариот. Эксцизионная репарация ДНК отличается тем, что не только разрезаются димеры (как при световой), но и вырезаются большие участки молекулы ДНК (до нескольких сотен нуклеотидов). Очевидно, могут удаляться цели гены, после чего происходит рэпа- напрягающий комплементарный матричный синтез с помощью фермента ДНК-полимеразы.

На основе одной из предложенных моделей установлены пять последовательных этапов эксцизионной репарации:

1) "распознавания" повреждения ДНК эндо- нуклеаз,

2) разрезание эндонуклеазы одного из цепей молекулы ДНК вблизи повреждения;

3) "вырезание" поврежденного участка и его расширение экзонуклеазами,

4) матричный синтез новой цепи ДНК-полимеразой (репаративная репликация);

5) соединение вновь участки с нитью ДНК под влиянием фермента ДНК-лигазы. Неексцизийна репарация. Фоторепарация. Способность к репарации была обнаружена у бактерий, подвергались воздействию ультрафиолетовых лучей. В результате облучения целостность молекул ДНК нарушается, потому что у них возникают Дымер, т.е.

сцеплены между собой соседние пиримидиновые основания. Димеры могут формироваться между двумя тимина - мы, тимин и цитозин, двумя цитозина, тем- ном и урацилом, двумя урацил. Однако облученные клетки на свете выживают гораздо лучше, чем в темноте. После тщательного анализа причин этого явления установлено, что в поврежденных клетках на светлые происходит репарация ДНК (фоторепарация). Она осуществляется специальным ферментом ДНК-фотолигазою, которая активируется квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет связи в димерах и восстанавливает целостность нити ДНК. ДНК-фотолигаза, что фотореактивуе, не является видоспецифичные- ним, то есть действует на различные виды ДНК. В нем есть циано- кобаламин (витамин В12), поглощающей кванты видимого света и передает энергию молекуле фермента. На ранних стадиях эволюции живых организмов, когда отсутствовал озоновый экран, который задерживает большую часть потока губительных для организмов солнечных ультрафиолетовых лучей, фоторепарация играла особенно важную роль. Рекомбинатиена репарация. Если, например, димеры тимина не устранены до рекомбинации, то это приводит к изменению структуры дочерних ДНК. Такие нарушение можутььусуватися непосредственно в процессе кроссинговера .. Но при этом не происходит устранение димера, он удаляется уже после репликации.

Последствия нарушения процесса репарации. Обнаружено несколько мутаций, вызывающих тяжелые врожденные заболевания вследствие нарушения процесса репарации. Примером может служить пигментная ксеродерма - Рецессивный аутосомная мутация, встречающаяся довольно редко. Дети, гомозиготные по гену этой мутации, при рождении выглядят нормально, но уже в раннем возрасте под влиянием ультрафиолетовых лучей солнечного света в них появляются изменения кожи: веснушки, расширение капилляров, ороговение кожи, поражения глаз, что связано с повреждением ДНК. В фибробластах, взятых из кожи больных пигментное ксеродерму, процесс репарации после загорания затягивается до ЗО часов в клетках здоровых людей - 6 ч) и не достигает уровня нормального. Длительное воздействие ультрафиолета приводит в конечном итоге к возникновению рака кожи и летальному исходу. У таких детей отсутствует один из ферментов репарации ДНК.

Способность клеток осуществлять эффективную репарацию генетического материала может иметь значение также в клеточных механизмах старения. Существуют наблюдения, что линии мышей-долгожителей отличаются более стабильными хромосомами, а у мышей с непродолжительным сроком жизни хромосомы характеризуются большим повреждением, возникновением структурных аберраций, которые являются следствием нарушения процессов репарации. Существуют наблюдения, свидетельствуют о снижении интенсивности процессов репарации ДНК с возрастом. Но трудно сказать, эти изменения - причина старения организма, или его следствие.