 |
Репарация ДНК. Рис. 36. Тиминовый димер (цит. по Schmidt, 2000). Рис. 37. Репарация ДНК (цит. по Северину, 2002). Рис. 38. Репарация тиминовых димеров в ДНК (цит. по Nelson, Cox, 2004)
|
|
|
|
Репарация ДНК
Репарация – процесс исправления ошибок, случайно возникающих при репликации ДНК и после ее завершения, является неотъемлемым свойством живых организмов.
Мутации – наследуемые необратимые изменения структуры генома. Причинами возникновения мутаций являются ошибки репликации, не исправленные ДНК-полимеразами, и мутагенные воздействия: химические и физические агенты (излучение; аналоги нуклеозидов и нуклеотидов; свободные радикалы; азотистая кислота и ее соли; вещества, алкилирующие азотистые основания; органические перекиси; промутагены – ксенобиотики: яды, лекарства, пестициды; и др. ).
Под влиянием этих физических и химических факторов в структуре ДНК происходят следующие повреждения:
· дезаминирование оснований (из цитозина образуется урацил);
· удаление азотистого основания, чаще всего депуринизация — гидролитическое отщепление пуриновых оснований;
· образование ковалентных связей между соседними азотистыми основаниями в одной цепи ДНК – образование пиримидиновых димеров (рис. 36);
· разрыв полинуклеотидных цепей;
· появление ковалентных сшивок между цепями ДНК или между ДНК и белками- гистонами;
· включение некомплементарного основания и встраивание таутомерных форм азотистых оснований, вызванное ошибками репликации.
Некоторые повреждения в ДНК могут создавать препятствия для репликации и транскрипции. Клетки обладают механизмами восстановления первичных повреждений ДНК, обращая повреждения.
 |
Рис. 36. Тиминовый димер (цит. по Schmidt, 2000)
Универсальная система репарации работает следующим образом (рис. 37-38) (некомплементарных оснований, репарация димеров, и др. ).
|
|
|
1. Специфическая ДНК-эндонуклеаза обнаруживает повреждение в цепи ДНК и гидролизует фосфодиэфирную связь с 5'-конца от повреждения ДНК.
2. Экзонуклеаза удаляет участок цепи ДНК с повреждением (несколько нуклеотидных остатков по обе стороны от места повреждения).
3. К 3'-концу образовавшейся «бреши» присоединятся ДНК-полимераза и, используя дНТФ в качестве субстратов и доноров энергии, заполнят «брешь».
4. Одиночный разрыв между вновь синтезированной и основной цепями ДНК устраняет ДНК-лигаза, использующая АТФ в качестве источника энергии.
Рис. 37. Репарация ДНК (цит. по Северину, 2002)
 |
Рис. 38. Репарация тиминовых димеров в ДНК (цит. по Nelson, Cox, 2004)
В результате действия повышенных температур некоторые пуриновые нуклеотиды лишаются своих азотистых оснований и возможности участия в репликации. Процесс репарации депуринизированной (апуриновой) ДНК осуществляется при помощи особого фермента - апуриновой эндонуклеазы, которая находит участок апуриновой ДНК и вырезает его. Далее работает универсальный механизм репарации.
Репарация химически модифицированных азотистых оснований осуществляется двумя механизмами. 1) ДНК-гликозилазы – ферменты, специфичные к одному из модифицированных азотистых оснований, вырезают только азотистое основание из нуклеотида и образуется апуриновые или апиримидиновые участки. Дальнейший ход событий протекает по универсальному механизму. 2) Ферменты - инсертазы встраивают в поврежденный нуклеотид нормальное азотистое основание.
SOS-репарация осуществляется индуцибельными ферментами. Этот механизм включается для спасения клетки в условиях, когда нарушения ДНК реально угрожают ее жизнеспособности. Последовательность событий:
1. снижается скорость репликации ДНК, что делает процесс репарации более эффективным;
|
|
|
2. блокируется деление клетки;
3. индуцируется синтез ряда белков, участвующих в образовании олигонуклеотидов.
Действие SOS-репарации носит кратковременный характер, примерно через 40-60 минут она переключается на конститутивную репарацию.
|
|
|
