Курсовая работа: ДЗ Биохимия - Репарация ДНК - 2020

Условия:
Тема: Репарация днк

+ доклад на 1-2 страницы

Небольшая информация в виде слайдов научно-популярная ,больше иллюстраций , а большую информацию можно отразить в докладе

Содержание:

Титульный слайд. Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённых при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических реагентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.
Слайд №1. Начало изучению репарации было положено работами Альберта Кельнера (США), который в 1948 году обнаружил явление фотореактивации — один из механизмов восстановления видимым светом (320—500 нм) повреждений ДНК, вызванных УФ-излучением.
Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и другие вскоре установили, что фотореактивация — фотохимический процесс, протекающий с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта.
Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая репарация — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой репарации облучённых УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтверждён в 1964 году Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание повреждённых участков ДНК с изменёнными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах.
Системы репарации существуют не только у микроорганизмов, но также в клетках животных и человека, у которых они изучаются на культурах тканей. Известен наследственный недуг человека — пигментная ксеродерма, при котором нарушена репарация.
Томас Линдал, Азиз Санджар и Пол Модрич получили Нобелевскую премию по химии 2015 года за исследования в области изучения методов репарации ДНК.
Слайд № 2. Источниками повреждения ДНК являются: ультрафиолетовое излучение, радиация, воздействие химических веществ, ошибки репликации ДНК, апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова, дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания.
Слайд № 3. Основными типами повреждения ДНК являются: повреждение одиночных нуклеотидов, повреждение пары нуклеотидов, двухцепочечные и одноцепочечные разрывы цепи ДНК, образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК.
Слайд № 4. Система репарации ДНК устроена следующим образом:
Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:
ДНК-хеликаза — фермент, «узнающий» химически изменённые участки в цепи и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения;
ДНКаза (дезоксирибонуклеаза) — фермент, "разрезающий" 1 цепочку ДНК (последовательность нуклеотидов) по фосфодиэфирной связи и удаляющий повреждённый участок: экзонуклеаза работает на концевые нуклеотиды 3` или 5`, эндонуклеаза - на нуклеотиды, отличные от концевых;
ДНК-полимераза — фермент, синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого;
ДНК-лигаза — фермент, замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность.
Слайд № 5. Существует несколько типов репарации.
У бактерий имеются по крайней мере 3 ферментные системы, ведущие репарацию — прямая, эксцизионная и пострепликативная.
Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.
Эксцизионная репарация (англ. excision — вырезание) включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы по комплементарной цепи. Ферментативная система удаляет короткую однонитевую последовательность двунитевой ДНК, содержащей ошибочно спаренные или поврежденные основания, и замещает их путём синтеза последовательности, комплементарной оставшейся нити.
Эксцизионная репарация является наиболее распространённым способом репарации модифицированных оснований ДНК. Она базируется на распознавании модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК. При этом существуют гликозилазы, специфически распознающие присутствие в ДНК определенных модифицированных оснований (оксиметилурацила, гипоксантина, 5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т. д.).
Другой тип эксцизионной репарации — эксцизионная репарация нуклеотидов, предназначенная для более крупных повреждений, таких как образование пиримидиновых димеров.
Пострепликативная репарация – тип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей повреждённые участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка RecA.
Пострепликативная репарация была открыта в клетках E. coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.
У эукариот к ним добавляется ещё Mismatch-репарация (репарация ошибочно спаренных нуклеотидов — система обнаружения и репарации вставок, пропусков и ошибочных спариваний нуклеотидов, возникающих в процессе репликации и рекомбинации ДНК, а также в результате некоторых типов повреждений ДНК)
Сам факт ошибочного спаривания не позволяет исправить ошибку, поскольку она может находиться на любой из двух составляющих ДНК ниток. Однако ошибки спаривания, как правило, локализуются только на одной (дочерней) нити ДНК, что позволяет избежать неоднозначности в интерпретации ошибки. В грам-положительных бактериях исходная нитка ДНК метилирована, а дочерняя нитка некоторое время остаётся неметилированной. Механизм распознавания исходной и дочерней ниток у других прокариот и эукариот в настоящее время неясен. Предполагается, что у них дочерняя нить ДНК содержит разрезы, которые затем удаляются ДНК-лигазой.
Вероятность ошибки при репликации ДНК составляет 10–7—10–8. Система репарации ошибочно спаренных нуклеотидов снижает эту вероятность до 10–9.
Процесс репарации заключается в распознавании дефекта, определении исходной и дочерней нити ДНК, удалении ошибочно включённого нуклеотида и его замена правильным нуклеотидом. Удаляется обычно не только неправильный нуклеотид, но и часть нити ДНК вокруг него, после чего дочерняя нить восстанавливается, используя основную нить как матрицу.
SOS-репарация (защитная система бактерий, которая активируется в ответ на серьёзные повреждения ДНК или ингибирование репликации и запускает сложную цепочку защитных реакций, в том числе экспрессию многих генов, связанных с репарацией).
SOS-репарация – один из видов репарации, который осуществляется индуцибельными ферментами. Этот механизм включается для спасения клетки в условиях, когда нарушения ДНК реально угрожают ее жизнеспособности, тем самым:
- снижается скорость репликации, что делает процесс репарации более эффективным;
- блокируется деление клеток;
- индуцируется синтез ряда белков, участвующих в образовании олигонуклеотидов.
Действие SOS-репарации носит кратковременный характер, и примерно через 40-60 мин она переключается на конститутивную репарацию.