Тема: Устойчивость вида: починка и маскировка поломок в молекулах днк различных организмов

1. Причины появления поломок в молекулах днк организмов.

В молекулах ДНК всех организмов постоянно появляются поломки из-за действия повреждающих факторов окружающей среды. По механизмы повреждающего воздействия на ДНК все факторы делятся на две основные группы:

А) ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение, высокие температуры, некоторые типы химических веществ, бактериальные и вирусные ДНК, которые встраиваются в ДНК организма хозяина - эти факторы непосредственно повреждают молекулы ДН;

Б) остальные стрессовые факторы (низкие температуры, недостаток или избыток влаги, кислорода, электромагнитного излучения, нервный стресс и т.п.) – сами по себе ДНК не повреждают. Однако, они запускают синтез в клетках реактивных форм кислорода (ROS). В маленьких концентрациях – это сигнальные молекулы, которые запускают защитные реакции организма. Но, если организм не справляется с действием повреждающего фактора – тогда избыток ROS начинает повреждать всё в клетке и в первую очередь – молекулы ДНК.

NB! Эволюционно – это верное решение! Раз клетка не может справиться с проблемой, то необходима корректировка управляющего механизма – т.е. ДНК!

В) при длительном действии стрессовых факторов и накоплении большого количества поломок в молекулах ДНК – из-за внутригеномного стресса – клетки включают программу гипермутагенеза (т.е. сами накапливают поломки в своих молекулах ДНК!

Стрелками указаны разрывы в хромосомах после воздействия ионизирующего излучения.

Кометный тест позволяет «увидеть» повреждённую ДНК: чем длиннее и толще хвост «кометы» – тем больше повреждений ДНК в клетке.

2. Починка поломок в молекулах днк

Починка поломок в молекулах ДНК осуществляется группой белков:

- одни белки узнают повреждённые участки ДНК;

- другие белки – распаковывают молекулу ДНК на этом участке;

- третьи белки – вырезают повреждённый участок;

- четвёртые белки – синтезируют новый участок ДНК (при этом в качестве матрицы используется вторая нить ДНК, а если разрыв ДНК двухцепочечный – тогда в качестве матрицы клетка использует вторую гомологичную родительскую хромосому );

- пятые белки – пришивают новый фрагмент к молекуле ДНК;

- шестые белки – обратно запаковывают нить ДНК.

NB! Поломки, которые клетка сама специально создаёт в своей ДНК в ходе гипермутагенеза – клетка не чинит!!!

Несмотря на столь совершенную систему починки ДНК – часть поломок в ДНК остаётся незамеченной системами починки ДНК. Но, эти поломки в ДНК могут и не проявиться фенотипически, благодаря трём механизмам маскировки поломок в ДНК.

Упаковка молекулы ДНК: а -двухцепочечная спираль ДНК, б - «бусы на нитке», в – ДНК- фибрилла, г - петли ДНК, д - хромосома.

Белок – геликаза разъединяет двойную спираль ДНК, при необходимости её починки.

Одна из субъединиц белка ДНК-полимеразы III, который синтезирует новые участки ДНК.

Белок ДНК-лигаза сшивает починенные куски ДНК.

Доза радиации 10 Гр может убить человека, но бактерии Deinococcus radiodurans могут выдерживать уровень радиации 15000 Гр! Причины устойчивости этих бактерий – супермеханизмы починки ДНК.

Тихоходки (Tardigrada) способны выживать в космическом вакууме при смертельных для других организмов дозах радиации, способны выдерживать экстремально высокие (около +90 0С) и низкие (-196 0С) температуры. Причины устойчивости тихоходок – супермеханизмы починки ДНК.

Не починка поломок в ДНК приводит к врождённым уродствам.

Наследственное заболевание – пигментная ксеродерма – вызвано поломкой гена, который отвечает за починку ДНК после её повреждения ультрафиолетом (этот белок чинит сшивки между соседними нуклеотидами).

. Детская прогерия – это редкое генетическое заболевание, связанное с мутацией в одном из ядерных генов, что ускоряет процесс старения примерно в 8-10 раз. Ребенок за один год стареет на 10-15 лет. Восьмилетний выглядит на 80 лет - с сухой морщинистой кожей, облысевшей головой... Эти дети обычно погибают в 13-14 лет от старческих болезней.

Одной из причин преждевременного старения организма при детской прогерии является нарушение механизмов починки молекул ДНК.