1.1.1.Исправление ошибок в процессе репликации

Очевидно, что частые шибки при воспроизведении генетической информации в процессе репликации, могут подвергнуть большому риску сохранность видов и их жизнеспособность. Было установлено, что частота ошибок при репликации не превышает 1 ошибки на 10⁹–10¹⁰ нуклеотидов. В то же время комплементарность оснований может обеспечить лишь существенно меньшую верность воспроизведения — 1 ошибку на 10⁴–10⁵ оснований. Какие же дополнительные механизмы повышают верность репликации еще сто тысяч раз?

Выше уже было сказано, что ДНК-полимеразы I и III кроме полимеразной активности обладают еще и 3-экзонуклеазной активностью. Оказалось, что если ДНК-полимераза встраивает неправильный нуклеотид, она делает шаг назад, отщепляет этот нуклеотид и повторно включает в растущую цепь уже правильный нуклеотид. Возможно, что существуют, особенно в эукариотических клетках, и другие механизмы исправления ошибок, возникающих в процессе репликации.

Интересно, что некоторые эукариотические ДНК-полимеразы не осуществляют такую корректировку. По-видимому, в этом случае точность процесса репликации обеспечивается с помощью каких-то других средств.

1.2.Мутагенез

Молекулы ДНК живых организмов неизбежно подвергаются действию различных повреждающих факторов: химических реагентов, ультрафиолетового излучения, и более жесткой радиации (фонового радиоактивного излучения горных пород, космических лучей и техногенной радиации). При этом возникают повреждения в ДНК. Значительная часть таких повреждений ДНК исправляется сразу по их возникновении (см. Раздел 1.2.1,»). Неисправленные повреждения, передающиеся по наследству, называются мутациями.

Мутации могут быть нескольких видов. Изменение одной пары оснований называют точечной мутацией (замена одного единственного основания называется мутацией замещения). Подобная мутация вызывает замену одной аминокислоты в полипептиде, кодируемом данным геном. Если такая замена происходит в вариабельной части белка, то она мало или совсем не сказывается на жизнедеятельности клетки. Если же «неправильная» аминокислота оказывается в активном центре фермента, то это, как правило, приводит к потере ферментом каталитической активности и к гибели клетки. В редких случаях полипептидный продукт, получаемый их мутантного гена, оказывается лучше приспособленным к выполнению своей функции в тех новых условиях, в которые попал организм. Такие мутации дают потомству преимущества в борьбе за существование, и серия соответствующих мутаций может привести к появлению нового вида.

Точечные мутации замещения составляют лишь небольшую часть мутаций. Более многочисленными и более опасными для клеток мутациями являются мутации, связанные с вставками и делециями (вырезанием) нуклеотидов.

1.2.1.Репарация днк

Для исправления повреждений, возникающих в одной из цепей ДНК, в клетке существует большая группа ферментов репарации. Наиболее распространенную стратегию репарации мы рассмотрим на примере исправления повреждений, возникающих при действии такого сильного мутагена, как азотистая кислота. Основным результатом действия азотистой кислоты является превращение цитозина в урацил. В клетке есть специальный фермент, урацил-ДНК-гликозидаза, который опознает урацил и гидролизует гликозидную связь между урацилом и остатком дезоксирибозы. В результате в цепи ДНК появляется дезоксирибозный остаток, не несущий никакого основания. Появление такого остатка служит сигналом специальной эндонуклеазе к выщеплению этого остатка из цепи ДНК. Образующаяся брешь застраивается ДНК-полимеразой (специальный фермент, работающий в системе репарации) по информации, содержащейся в противоположной цепи ДНК.