2.4. Репарація днк

Генетична інформація може надійно зберігатися у нуклеотидних послідовностях ДНК лише тому, що широкий набір різних реплікаційних ферментів здійснює безупинний «огляд» ДНК і видаляє з неї ушкоджені нуклеотиди. Здатність клітин до виправлення пошкоджень у молекулах ДНК отримала назву репарації.

Ці пошкодження можуть виникати в результаті дії: екзогених факторів (хімічних факторів середовища, фізичних полів, що іонізують випромінення); ендогених факторів (мутагенної дії ряду метаболітів, що виникають під час реакції обміну речовин, теплового руху молекул, помилок реплікації).

Часто системи репарації працюють під час або відразу після реплікації. Більшість репараційних процесів передбачає видалення пошкодженої одноланцюгової ділянки з наступним синтезом ДНК за допомогою ДНК-полімераз. Але є й такі процеси, що пов'язані з безпосереднім «виправленням» пошкодженого елемента за рахунок прямої дії певних ферментів (пряма репарація). Жодна репараційна система не має 100% ефективності-частина пошкоджень залишається в ДНК, унаслідок чого відбуваються заміни нуклеотидів, втрати ділянок послідовності та інші порушення спадкової програми.

Процес репарації ДНК полягає в тому, що генетична інформація подана в ДНК двома копіями-по одній в кожному з двох ланцюгів подвійної спіралі ДНК (рис.2.10). Завдяки цьому, випадкове пошкодження в одному з ланцюгів може бути видалено реплікаційним ферментом і ушкоджена ділянка ланцюга ресинтезована у своєму нормальному вигляді за рахунок інформації, що міститься у неушкодженому ланцюгу.

«Випинання» спіралі, що визвано неспарованою порушеною основою:

Надріз Надріз

Видалення ділянки ланцюга, що містить невірну основу

Рис.2.10. Схема репарації

Розрізняють наступні типи репарації ДНК: пряма, постреплікативна (рекомбінаційна), ексцизійна.

Пряма репарація: зшивання одноланцюгового розриву ДНК-лігазою.

Постреплікативна (рекомбінаційна) репарація: здійснення реплікації, оминаючи пошкодження у складі матриці (ферменти: ДНК-полімераза або ендонуклеаза).

Ексцизійна репарація: пошкоджена одноланцюгова ділянка вирізається з ДНК, а інший ланцюг використовується далі як матриця для нового синтезу. Існує два варіанти такої репарації. При ексицизійній репарації азотистих основ, що відбувається в усіх організмів, модифікована азотиста основа розпізнається ферментом, який відщеплює її від дезоксирибози і в ДНК залишається прогалина довжиною в один нуклеотид. Ця прогалина заповнюється ДНК-полімеразою β (в еукаріотів), а у прокаріотів заповнення прогалини здійснюється ДНК-полімеразою І. Ексцизійна репарація нуклеотидів пов´язана із вирізанням однрланцюгової ділянки ДНК, яка містить пошкодження (модифіковану основу, тиміновий димер тощо).

Іноді в клітині активуються процеси, які прийнято також називати репарацією, хоча насправді вони є засобом здійснити реплікативний синтез ДНК, «не звертаючи уваги» на пошкодження її структури. Реплікативний механізм зазвичай зупиняється, зустрічаючи пошкодження у складі матриці. Якщо таких пошкоджень надто багато, й істинні репараційні системи не встигають їх виправити, перемикання на неточний синтез ДНК дає клітині шанс на виживання. Пошкодження при цьому залишаються, що спричинює виникнення мутацій. Усі процеси такого типу зазвичай об'єднують під назвою SOS-репарації-механізмів синтезу ДНК, толерантних до пошкоджень.

Наслідки порушення репарації: наявність мутацій, які викликають тяжкі природжені захворювання (наприклад, пігментна ксеродерма).

Контрольні запитання і завдання

1.З яких трьох елементів складається нуклеотид? Чим хімічно різняться між собою рибо- і дезоксирибонуклеїнові кислоти?

2.Опишіть основні риси структури подвійної спіралі ДНК. Які взаємодії стабілізують подвійну спіраль? Що лежить в основі комплементарності нуклеотидів? Що таке інтрон і екзон?

4.Опишіть процеси реплікації і репарації. Дайте визначення реплікативної вилки. Яка різниця між двома ланцюгами ДНК, що синтезуються під час реплікації? Що таке фрагменти Оказакі? Що таке праймер?