Реплікація різних ДНК її регуляція і репарація

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Лекція 3. Реплікація різних ДНК і її регуляція і репарація
Уотсон і Крик припустили, що для подвоєння ДНК повинні відбутися розрив водневих зв'язків, що утримують разом спіральний дуплекс, і розбіжність ланцюгів. Вони також висловили думку, що кожне коло дуплексу служить матрицею при синтезі компліментарною ланцюги і в результаті утворюються дві пари ланцюгів, в кожній з яких тільки одна є батьківської. Уотсон і Крик припускали, що реплікація ДНК здійснюється спонтанно, без участі ферментів, але це виявилося не так. Тим не менш ідея про те, що подвоєння ДНК відбувається шляхом послідовного з'єднання нуклеотидів у відповідності з правилом компліментарності, заданим кожної ланцюгом спіралі, дозволила концептуальну проблему точного відтворення генів.
З того часу як було висловлено це припущення, матрична природа механізму реплікації була підтверджена численними даними, отриманими як in vitro так і in vivo для різних організмів. Відповідно до моделі реплікація всіх дволанцюгових ДНК напівконсервативному. Доказ напівконсервативної механізму було отримано в 1958 р . вченими Мезельсоном і Сталь (ем). Спочатку вони вирощували бактерій тривалий час на середовищі, що містить важкий ізотоп азоту (15 N), який включався в ДНК, а потім переносили їх на середовище, що містить звичайний легкий ізотоп азоту (14 N). Після реплікації дочірню ДНК першого покоління фракціонований по щільності. Виявилося, що вся дочірня ДНК однорідна і має щільність, проміжну між щільністю важкої і легкої ДНК. Отже, один ланцюг молекули ДНК дочірньої містила 15 N, а інша 14 N, що відповідає напівконсервативним механізму. Чи існують в природі альтернативні способи реплікації двуцепочечной ДНК (консервативний і дисперсний) - невідомо. Отже, після одно раунду реплікації один ланцюг в кожній з двох дочірніх ДНК є батьківської, тобто консервативною, а інша - синтезованою заново.
Реплікація одноланцюжковою ДНК у вірусів. Якщо геном представлений одноланцюжковою ДНК (як у деяких вірусів), то ця єдина ланцюг служить матрицею для утворення компліментарною ланцюга, з якою вона утворює дуплекс, а потім на цьому дуплексі синтезуються або дочірні дуплекси, або одноланцюгові копії однієї їх матричних ланцюгів. Реплікація генетичного матеріалу вірусу здійснює зазвичай з участю ферментів клітини-господаря. На деяких молекулах вірусної ДНК синтезуються також її ДНК-копії - з допомогою або клітинної, або кодируемой вірусом ДНК-полімерази. Ці ДНК-копії використовуються надалі при складанні вірусних частинок. Реплікація ДНК вірусів відбувається або в ядрі клітини-хазяїна (вірус герпесу), або в цитоплазмі (поксвирусов).
Реплікація у прокаріот. Редуплікації ДНК (процес, при якому інформація, закодована в послідовності підстав молекули батьківської ДНК, передається з максимальною точністю дочірньої ДНК) здійснює особливий фермент ДНК-полімераза. Посадці цього ферменту на одну з ниток ДНК передує суворо локалізований розрив кільця, якщо ДНК кільцева (у бактерій) і якийсь розплітання кінцевого ділянки її гігантською двунітевой спіралі. Зауважимо відразу, що ДНК-полімераза може сідати на будь-який з двох кінців спіралі, але обов'язково на ту нитку, для якої цей кінець є 3'-кінцем (будь то «кодує» або «захисна» нитка). Просування ферменту уздовж «матриці» материнської нитки завжди йде в напрямку від 3'-кінця до 5'-кінця. Звідси випливає, що синтезируемая по цій матриці, «комплементарна» до неї нова нитка ДНК буде починатися своїм 5'-кінцем і нарощуватися в напрямку свого майбутнього 3'-кінця. Ці два напрямки не можна плутати. У разі сумніву досить згадати, що нарощування новосінтезіруемой нитки відбувається шляхом послідовного приєднання нуклеотидів, хто вже несе фосфатну групу, пов'язану з 5'-вуглецем дезоксирибози. Отже, до попереднього, вже стоїть на своєму місці нуклеотиду він повинен приєднуватися за його ОН-групі, пов'язаної з 3'-вуглецем дезоксирибози. А це і означає, що нарощування нової нитки ДНК йде в напрямку 5 '-3'. Тут же доречно нагадати, що робота просування ДНК-полімерази здійснюється за рахунок енергії розриву хімічного зв'язку між першим і другим фосфатами відповідного нуклеозидтрифосфат - попередника приєднується нуклеотиду.
Тепер перейдемо до додатків і уточненням. Почнемо з того, що в клітці кишкової палички (E.coli) виявилася не одна, а цілих три ДНК-полімерази. Вони помітно відрізняються один від одного за молекулярною вагою і за кількістю молекул кожної з них, що містяться в клітині. А також за їх ролі в процесі редуплікації ДНК.
Історично першою була виявлена ​​і очищена ДНК-полімераза I (фермент Корнберга). Потім з'явилися ДНК-полімерази II і III, Молекулярні ваги цих трьох ферментів, відповідно, 109, 90 і 300 кДа, а їх представництво в одній клітці: 300, 40 і 20 штук. Відмінність функцій буде видно з подальшого.
Опис 1-го етапу редуплікації почнемо з того, що початкове розплітання кінця двунітевой материнської молекули ДНК здійснюється за допомогою спеціального білка «топоізомерази». (Прозрачка 6) у точці початку реплікації - ori (origin - початок реплікації).
Структура точок початку реплікації. Фрагменти ДНК, що несуть точку початку реплікації виділені з E.coli і деяких плазмід, а також з дріжджів і ряду еукаріотичних вірусів. У деяких випадках місце початку реплікації має таку нуклеотидну послідовність, що дуплекс приймає незвичайну конфігурацію, колторую розпізнають білки, що беруть участь в ініціації. Природа взаємодії між точкою початку реплікації і білками і механізм ініціації в цілому досліджені мало.
Отже, топоізомераза просувається по двунітевой молекулі, послаблюючи її водневі зв'язки настільки, що на пройденому їм короткому кінцевій ділянці ці зв'язки розриваються вже при температурі 37 ° С. Слідом за топоізомеразою на материнську ДНК сідає і починає просуватися по ній інший білок ДНК-геліказа, якому належить зіграти свою роль пізніше. Потім особлива РНК-полімераза, що працює тільки з кінця нитки ДНК, іменована «праймазою» будує дуже коротку ланцюжок рибонуклеотидов (що отримала назву «праймера») комплементарно до початку нитки ДНК. У бактерій це всього 5 нуклеотидів, а в еукаріотів - близько 40. (На рис. 28 всі праймери показані тонкою лінією, а всі нитки ДНК - жирної.)
Тільки тепер, відразу за праймером на ту ж нитка ДНК (домовимося, для простоти, називати її «першою») сідає ДНК-полімераза, яка може розпочати будівництво комплементарної нитки ДНК лише починаючи від праймера, приєднуючись до нього («танцює від грубки») . Це - ДНК-полімераза III, найбільша, складається з 6-ти субодиниць і за своєю функцією головна - вона вестиме «комплементарний синтез» ДНК по цій першій материнської нитки ДНК до самого кінця. Первісне рух цієї ДНК-полімерази обмежено 1-2-ма тисячами нуклеотидів першої нитки (у еукаріотів - всього на 200 нуклеотидів).
Друга материнська нитка (ще порожня) формує разом з першою ниткою «вилку редуплікації».
Між геліказа і ДНК-полімеразою III утворюється певний ділянка оголеної 1-ї нитки. 2-а нитка теж ще нічим не прикрита. Ці дві нитки після відходу геліказа можуть знову зімкнутися. Щоб цього не відбувалося, впритул за геліказа на 1-у нитку сідають чотири, так званих «ДНК-зв'язуючих білка». Їм не приписують інших функцій, крім захисту від відновлення подвійної спіралі ДНК поблизу вершини вилки ...
Пройшовши до вершини вилки розійшлися ниток материнської ДНК тандем геліказа-ДНК-зв'язуючі білки - ДНК-полімераза III зупиняється (див. рис. 28). Топоізомераза йде далі по двухнитевой материнської ДНК, а геліказа розриває цукрово-фосфатну зв'язок на 2-й нитки. Ущільнені на ділянці, що прилягає до вилки, витки подвійної спіралі розправляються, 1-а нитка ДНК разом з сидять на ній білками обертається навколо своєї осі, а навколо цієї нитки повертається і відрізаний шматок 2-ї нитки, тимчасово пов'язаний з геліказа. Цей шматок називають «фрагментом Окадзакі» - по імені вченого, який знайшов поява таких фрагментів при редуплікації. Після зняття напруги нитки подвійної спіралі ДНК материнської знову можуть почати розходитися. Але до цього з відрізаного кінця фрагмента Окадзакі інша праймазою починає на ньому побудова нового рібонуклеотідного праймера. Потім геліказа звільняє фрагмент і йде вперед, а спеціальний фермент «лігаза» пришиває початок фрагмента Окадзакі на колишнє місце - до 2-ї нитки материнської ДНК. Зауважимо, що лігаза (М = 96 тис.) у клітині E.coli представлена ​​найбільш численною популяцією - близько 200 молекул. З чого випливає, що вона виконує не випадкові «ремонтні» роботи, а є повноправним членом сукупності ферментів, що забезпечують редуплікацію ДНК (подібно значенням ниток для хірурга).
Коли праймер готовий, попереду нього, у напрямку до 5'-кінця 2-й материнської нитки ДНК сідає ДНК-полімераза I. Починається будівництво нитки, комплементарної до цього фрагменту 2-ї нитки, знову в напрямку 3'-5 ', вважаючи за цієї нитки. ДНК-полімераза I доходить до кінця фрагмента Окадзакі і знімається. Цим закінчується 1-й етап редуплікації (рис. 28).
Між тим праймер, що залишився на початку 1-ї нитки руйнується якоїсь «рибонуклеаза Н», - ферментом, що рвуть нитка РНК, що знаходиться в комплексі з ниткою ДНК. На його місце ДНК-полімераза II ставить «правильні» дезоксирибонуклеотидів. У той же час топоізомераза, геліказа, а за ними і ДНК-полімераза III просуваються вперед.
Починається 2-й етап редуплікації. Вилка реплікації теж просувається, прилеглий до неї ділянку материнської двунітевой ДНК ущільнюється і весь синтезує тандем зупиняється. Геліказа знову розрізає 2-у нитку, утворюючи другий фрагмент Окадзакі. Так само, як раніше, на обрізаному (тимчасово) кінці фрагмента створюється праймер, до нього «підсаджується» ДНК-полімераза I і починає копіювати другий фрагмент Окадзакі, тобто 2-у нитку материнської ДНК. Відмінність другого етапу буде тільки в тому, що на шляху цієї полімерази зустрінеться праймер, що залишився від копіювання 1-го фрагмента Окадзакі. Але ДНК-полімераза I, на відміну від всіх інших ДНК-полімераз, має ще й 5'-3 'екзонуклеазну активністю, тобто в напрямку свого руху. Вона руйнує праймер і доходить до того місця, з якого починала копіювання 1-го фрагмента Окадзакі її попередниця. Залишається тільки зв'язати фосфодіефірних зв'язком ці два шматки новосинтезованих комплементарної нитки. Природно, що це робить всюдисуща ДНК-лігаза.

Д
Овал: Д
рибонуклеаза Н
ДНК-полімеразаII
Рис. 28
Тим часом у районі освіти вже третьої вершини вилки редуплікації відбуваються точно такі ж події, як на 2-му етапі редуплікації. Швидкість цього процесу оцінюється як, приблизно, 1000 нуклеотидів в секунду у бактерій 100 - у тварин і 20 - у рослин.
Досить імовірно, що в той же самий час аналогічні процеси розплітання подвійної спіралі з утворенням фрагментів Окадзакі і комплементарного побудови нових ниток ДНК йдуть і з протилежного кінця материнської ДНК. Зрозуміло, там ДНК-полімераза III безперервно рухається вздовж тієї нитки ДНК, яку ми назвали 2-й, а на фрагменти Окадзакі розрізається 1-а нитка. Коли два рухи зустрічаються, дві дочірні копії вихідної ДНК виявляються готові. (Їх «зшиє» все та ж ліга-за.) До речі виявилося, що довжина фрагментів Окадзакі у E.coli (1-2 тисячі нуклеотидів) значно більше, ніж у еукаріотів (менше 200). Не позбавлене інтересу збіг цієї останньої цифри з довжиною ДНК в нуклеосоме (див. нижче).
Більш складна модель руху реплікативної вилки передбачає формування бактерій реплісомою - мультиферментного комплексу більш високого рівня організації. Цей комплекс складається з функціонального праймосомо-праймазного комплексу, геліказа, полімерази III, і, можливо, гірази. Такий комплекс може забезпечувати подовження лідируючої ланцюга і одночасно ініціацію праймерної РНК, а також добудова ДНК при синтезі відстає ланцюга. Дві бактерій реплісомою, що працюють злагоджено в двох вилках реплікації, які рухаються в протилежних напрямках уздовж кільцевої хромосоми, зробили б цю модель ще більш витонченою.
Реплікація кільцевих дуплексів. Реплікація ініціюється також в точці початку реплікації (ori).
Зростаючі ланцюга утворюють реплікативні вилки, пересещающіеся або у двох (угорі), або в одному (внизу) напрямку в залежності від природи точки початку реплікації.
У деяких кільцевих геномах в кожній колі є своя точка початку реплікації (наприклад, в мітохондріальної ДНК тварин). Синтез одного ланцюга починається в точці ori R. Коли нова ланцюг доходить до точки ori D, починається синтез іншого ланцюга. Синтез ініціюється шляхом утворення праймерної РНК.
Деякі дволанцюгових кільцеві хромосоми реплицируются альтернативним способом, званим реплікацією за типом кільця, що котиться. У цьому випадку двуцепочечной кільцева ДНК надрізається специфічним ферментом в унікальному сайті одного ланцюга (точці початку кільця, що котиться), і до утворився в результаті надрізу 3 - гідроксильної кільцю з допомогою полімерази III приєднуються нуклеотиди; при цьому матрицею служить интактная замкнута ланцюг. Таким чином у вилці синтезується тільки лідируюча нитку. У міру сінтезалідірующей ланцюга відбувається витіснення 5-кінця надрезанного кільця як одиночної ланцюга. У результаті довжина лідируючої ланцюга може перевищувати довжину матриці в 2-5 разів. Такий спосіб реплікації використовують фаги М13 або фX174 (їх зрілі геноми одноланцюгові кільцеві ДНК) на пізніх стадіях інфекційного процесу, після того як інфікуюча ДНК перетворюється на двуцепочечную кільцеву форму. Постійно відокремлюються поодинокі ланцюга ДНК, що утворюються при реплікації за типом кільця, що котиться, надрізаються в кожній точці початку реплікації і замикаються з утворенням зрілих форм, упаковуваних у вірусні частинки. Фаг λ використовує такий спосіб реплікації при утворенні двуцепочечной лінійної вірусної ДНК. Субстратної матрицею в цьому випадку є двуцепочечной кільцева ДНК, яка була реплікувати після перетворення на ранніх етапах інфекції лінійної вірусної ДНК в кільцеву реплікативну форму.
Що до механізму редуплікації у еукаріотів, то, хоча він вивчений гірше, тим не менше і тут знайдені і охарактеризовано цілих п'ять ДНК-полімераз, які прийнято позначати грецькими буквами: α, β, γ, δ, і ε. Основним ферментом, подібним ДНК-полімеразі III у бактерій, є ДНК-полімераза δ. ДНК-полімераза α відповідає за побудову праймерів (з рібонуклеотідов). ДНК-полімераза β - копіює фрагменти Окадзакі і відповідає за репарацію ДНК. ДНК-полімераза γ веде синтез ДНК в мітохондріях. Функція ДНК-полімерази ε поки невідома.
Звичайно, гігантські ДНК вищих організмів починають редуплікацію не тільки з кінців молекули, але і в безлічі проміжних точок. Вважають, що у дріжджів таких точок початку реплікації близько 300. Вони відстоять один від одного на 40 тисяч пар нуклеотидів. У ДНК людини налічують до 20 000 точок початку, розташованих з інтервалом в 150 тисяч пар нуклеотидів. Мабуть, місцями початку розплітання і посадки ДНК-полімерази δ служать послідовності відносно слабко пов'язаних А-Т пар основ. Після ініціації реплікація продовжується в двох напрямках від кожної точки до тих пір поки реплікативні вилки двох сусідніх точок початку реплікації не зіллються. Повнорозмірні ДНК кожної дочірньої хромосоми виходять шляхом з'єднання більш коротких незалежно ініційованих новосинтезованих ланцюгів.
Теломери і центромери. Центомери і теломери - найбільш чітко виражені морфологічні структури хромосом (прозрачка 12). Довгий час вважалося, що їх будова і функції пов'язані з якимись особливими послідовностями ДНК. Проте вдалося виявити лише одну таку особливість на молекулярному рівні: присутність в області центромер і теломер сателітної ДНК. Сателітна ДНК - це довгі тандемні повтори, розташовані в області центромер і теломер.
Будова центромер. У ссавців центромери мають складну дискообразную структуру, яка називається кінетохором. З кожного боку хромосоми розташовується по одному кінетохорному диску. Під час мітозу мікротрубочки фібрил веретена поділу прикріплюються безпосередньо до щільного наружнему шару кінетохора, пов'язаному з петлями хроматину. Кінетохор у дріжджів утворюють CEN-області (короткі сегменти ДНК) разом з ДНК-зв'язуючими білками (прозрачка 13). Послідовності, розташовані з однієї або з обох сторін від CEN-областей, можуть блокувати проходження репликационной виделки до появи специфічного сигналу, що дозволяє закінчення реплікації в анафазе.в такому випадку число хромосом не буде перевищувати однієї на дочірню клітину.
Послідовності в області теломер. Теломери-кінці еукаріотичної хромосоми, є також і кінцями лінійного дуплексу ДНК. Саме з теломерами пов'язана одна з проблем реплікації: як добудовуються 5-кінці хромосомного дуплексу, якщо ДНК-полімерази не ініціюють синтез нових ланцюгів? Можливо, це питання вирішується також як при реплікації лінійного дуплексу аденовірусів, або за допомогою альтернативних механізмів? Нещодавно отримані дані свідчать про те, що кінцеві області еукаріотичних хромосом - теломери - реплицируются за допомогою особливого механізму. Кінці хромосом дріжджів, безхребетних, рослин і хребетних мають подібну будову: вони містять шпількообразние структури, в яких 3 - і 5-кінці дуплексу ДНК опиняються поруч, і багато тандемних повторів. Близько петлі в одному з ланцюжків в області повторів є множинні одноланцюгові розриви. Нещодавно з Tetrahymena був виділений фермент - теломераза - термінальна дезоксинуклеотидилтрансфераза, яка приєднує повтор 5-TTGGGG-3, послідовно по одному нуклеотиду, до 3-кінців специфічних олігонуклеотидних праймерів (TTGGGG) n (Tetrahymena) і (TGTGTGGG) n (дріжджі ). Таким чином, теломераза може будувати теломери при цьому батьківська ДНК не використовується в якості матриці (ппрозрачка 20). Теломераза - це великий рібонуклеопротеіновий комплекс, а для прояву ферментативної активності потрібно як РНК так і білки. Гіпотетично схема освіти теломери представлена ​​на малюнку. У верхній частині малюнка представлено освіта петлі на кінці ланцюга, що містить послідовність 5 - (TTGGGG) n -3, і одноланцюгових розривів на протилежній ланцюга, що містить послідовність 5 - (CCCCAA) n -3. До 3-кінця нижньої ланцюга за допомогою телоізомерази приєднуються послідовно, по одному нуклеотиду, одиниці 5 - TTGGGG -3. Праймазою і ДНК-полімераза копіюють 5 - (TTGGGG) n-3-ланцюг з утворення нових 5 - (CCCCAA) n-3-одиниць. У результаті неповного лігування в С-багатою ланцюга залишаються одноланцюгові розриви. На 3-кінці 5 - (TTGGGG) n-3-ланцюга знову утворюється петля, що стабілізується взаємодіями між залишками гуанозіна.
Термінація реплікації.
Термінація та розбіжності в кільцевих геномах. Замкнутість структури багатьох геномних ДНК спрощує процес завершення реплікації всієї нуклеотидної послідовності. Безперервне зростання провідною і відстає ланцюга уздовж кільцевої матриці неминуче призводить до поєднання 3-гідрокси-і 5-фосфорильного решт одного ланцюга або в точці початку реплікації, або - за двобічної реплікації - в середині кільця (прозрачка 14). Кільця в цих місцях зустрічі з'єднуються ДНК-лігази, при цьому вони зазвичай виявляються попарно зчепленими, і надалі має відбутися їх роз'єднання на окремі геноми. Це відбувається за допомогою топоізомерази типу II (прозрачка 15).
Термінація та розбіжності в лінійних ДНК. За винятком аденовірусної ДНК, де сінтезнових ланцюгів ДНК ініціюється білковим праймером і матрична ланцюг копіюється цілком (прозрачка 16), у всіх інших випадках для реплікації необхідний РНК-праймер, що створює особливі проблеми при завершенні реплікації лінійної дуплексної ДНК (прозрачка 17). Справа в тому, що після ініціації синтезу нового ланцюга і подальшого видалення РНК-праймера новосинтезованих ланцюг містить пробіл на 5-кінці. Оскільки ніяких способів подовження 5-решт ланцюгів ДНК Єні існує, необхідні якісь інші методи завершення реплікації. Були запропоновані два способи.
Перший: передбачає, що існують ланцюга ДНК з прямими повторами на кінцях (прозрачка 18). Після реплікації два компліментарних кінця обох незавершених дуплексів можуть злучитися і утворити лінійні конкатемери з одноланцюжковий разривамі.остающіеся прогалини можуть бути заповнені шляхом подовження ланцюгів у напрямі 3 → 5 із подальшим з'єднанням їх ДНК-лігази або шляхом прямого з'єднання стикуються решт за допомогою ДНК- лігази з освіту конкатемеров. Після надрізання конкатемера специфічної ендонуклеаз утворюються виступаючі 5-кінці, і ДНК-полімераза може нарощувати більш короткі ланцюги з 3-кінця.
Другий. Передбачає наявність на кінці кожної ланцюга ДНК коротких інвертованих повторів, завдяки яким утворюються невеликі петлі (прозрачка 19). 3-кінець петлі служить праймером для копіювання нерепліцірованного ділянки. Завдяки специфічному розриву на початку інвертованого повтору виходить структура, яку можна добудувати за 3-кінця до відновлення вихідної двуцепочечной кінцевий послідовності.
Відзначимо ще, що всі ДНК-полімерази, провідні комплеметарний синтез, як у бактерій, так і у еукаріотів, мають ще й екзонуклеазну активністю в напрямку 3'-5 ', - зворотному напрямку синтезу. Вони здатні хіба що "обернутися" і просто видалити що ними ж приєднаний нуклеотид. Це - дуже важливий механізм усунення помилок в компліментарних синтезі. Помилку адже можна виявити тільки тоді, коли вона вже зроблена. І негайно виправити! Це «вміють» робити ДНК-полімерази. Така корекція не рідкість, а норма. Вважають, що без неї при редуплікації ДНК з E.coli 5-10% нуклеотидів були б приєднані неправильно. Завдяки корекції 1 помилка в цій ДНК доводиться на десять мільйонів пар основ.
Репарація ДНК
ДНК - це єдина макромолекула клітини, яка здатна усувати (репарирувати) пошкодження, що виникають у її структурі. Більш того, в ній закодована інформація про механізми найрізноманітніших репараційних процесів. Компліментарне спаровування лежить в основі не тільки реплікації ДНК, але процесу відновлення вихідної структури ДНК при репарації ушкоджень, які зачіпають остов молекули, модифікацій того чи іншого підстави або помилкового спарювання при рекомбінації (див. нижче). Одночасне пошкодження обох кіл в одному місці і дволанцюгових розриви часто виявляються летальними для ДНК, оскільки такі дефекти репаруючу лише в рідкісних випадках.
Найбільш часто відбувається розрив глікозидних зв'язків між пуринів і дезоксирибоза N (депурінізація) при підвищенні температури. За добу в клітці людини відбувається від 5000 до 10000 актів депурінізаціі - це веде до порушення реплікації та експресії генів. Крім того, залишки Ц і А можуть піддаватися спонтанного дезамінування з освіту відповідно залишків У і гіпоксантину; частота таких подій приблизно 100 на геном - це веде до появи мутацій.
Багато змін в структурі ДНК відбуваються під дією хімічних речовин, присутніх в навколишньому середовищі. Це алкілуючі агенти (азотисті сполуки, алкілсульфонати, нітрозосечовини), які модифікують переважно Г-залишки, з'єднання, вбудовується між сусідніми парами основ і що призводять до появи вставок і делецій під час реплікації; біфункціональність агенти, здатні утворювати ковалентні зшивки між двома ланцюгами ДНК і блокувати їх розбіжність при реплікації. Не менш руйнівні фізичні впливи - поглинання Т або Ц УФ-світла призводить до утворення ціклобутанових димерів між сусідніми піримі іонізуюча радіація (космічні промені) сприяє утворенню високореакціоноспособних вільних радикалів, що роблять на ДНКсамие різноманітні впливу; рентгенівські промені - викликають в ДНК одно-і- дволанцюгових розриви, а також інші ушкодження, характерні для дії вільних радикалів.
Відомі два основних способи репараційних процесів:
безпосереднє виправлення модифікацій або неправильних спаровувань, що не вимагає реплікації для відновлення вихідної структури;
видалення нуклеотидів, що оточують помилково спарені або змінені пари основ, і ресинтез цієї ділянки шляхом реплікації.
репарація шляхом прямого відновлення вихідної структури.
Якщо під впливом алкілуючих агентів - N-метил-N-нітрозосечовини або N 1, N-діметілнітрозогуанідіна, в ДНК утворився О 6 - метил-або Про 6-алкілзаміщених гуанінових залишки, то деалкилирование таких залишків йде за участю ферментів - Про 6-метилгуанін -ДНК-алкілтрансферази, яка каталізує перенесення алкільних груп на сульфгідрильні групи цистеїнових залишків ферменту, при цьому акцепторний білок інактивується. Це у бактерій та ссавців.
Якщо при опроміненні ДНК УФ-світлом утворилися ціклобутановие димери між сусідніми парами піримідинових основ, то здійснюється ферментативне (фотоліази-ні у ссавців) перетворення їх у мономери при висвітленні розчину видимим світлом у діапазоні довжин хвиль 300-600 нм. Фермент утворює стабільний комплекс з пірімідіновим димером і використовуючи енергію поглощенног їм світла руйнує димер без розриву ланцюгів ДНК.
Репарація шляхом заміни модифікованих залишків.
Заміна модифікованого нуклеотиду зазвичай проходить у чотири етапи:
1 етап. Фермент розпізнає цей нуклеотид і надрізає полінуклеотидний ланцюг поблизу нього або розриває глікозидний зв'язок між модифікованим підставою і дезоксирибози. Відщепленні сайтів, у яких відбулася депурінізація або депірімідінізація здійснюється ферментами АР (апуріновие, апірімідіновие)-ендонуклеази. У репарації N-алкілованих пуринів та інших модифікованих підстав ключову роль відіграють ферменти - N-глікозілази, розщеплюють глікозидний зв'язок між модифікованим підставою і дезоскірібозой (прозрачка 25)
2 етап. Екзонуклеазами видаляє модифікований нуклеотид та / або сусідні нуклеотиди, залишаючи невелику пролом.
3 етап. Віддалений ділянку синтезується заново з 3-ОН-кінця з використанням в якості матриці протилежної ланцюга.
4 етап. Кінці розриву, що утворилися в результаті репарації, з'єднуються з відновленням ковалентного цілісності репарирувати ланцюга (прозрачка 26)
Значення репарації ДНК.
Усунення помилок реплікації важливо, тому що більша частина пошкоджень блокує передачу генетичної інформації наступному поколінню, а решта якщо їх не усунути, зберігатися в геномі нащадків і призведуть до драматичних змін у молекулах білків, ферментів, необхідних для підтримання життєдіяльності клітини. При пошкодженні певних ланок системи репарації клітини стають особливо уразливими для деяких хімічних і фізичних агентів. Люди, що страждають, наприклад, пігментного ксеродерма, дуже чутливі до УФ-світла, і у них розвиваються різні форми раку шкіри навіть при дуже слабкому впливі сонячного світла. Клітини таких людей несуть мутацію в RAD-генах, яка виявляється в тому, що у них порушена здатність до відщепленні піримідинових димерів з УФ-опроміненої ДНК. Захворювання може бути обумовлено мутауціей в одному з принаймні дев'яти генів, що свідчить про досить складному механізмі репарації ДНК, що містить тимінових димери, у человека.как правило, захворювання буває пов'язано з нездатністю до відщепленні тимінових димерів. Якщо до опроміненим клітинам в культурі додати фермент, що володіє тіміндімерглікозілазной і АР-ендонуклеазною активностями, то УФ-пошкодження можуть бути усунені.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Лекція
54.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Реплікація ДНК
Репарація тканини і ракове переродження
Реплікація збереження і модифікація геному
ДНК і РНК
ДНК-ідентифікація
Рекомбінантниехімерние ДНК
ДНК-віруси і фаги
Тріумф рекомбінантних ДНК
Наша історія записана в ДНК
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru