В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 38
Текст из файла (страница 38)
С позиций молекулярного механизма, первичные повреждения в молекулах ДН К могут быль устранены тремя путями: прямым возвращением к исходному состоянию; вырезанием поврежденного участка и заменой его нормальным; рекомбинационным восстановлением в обход поврежденного участка. По отношению к процессу репликации различают два основные типа репарации ДНК: доре«ли«от«в«ую (включающую фотореактивационную и эксцизионную формы, направленные на вырезание поврежденных участков ДНК) и «остре«ликатив«ую (осуществляемую с помощью механизмов, участвующих в процессах рекомби нации и репликации ДНК).
Репарация может осуществляться как конститутивно с помощью специфического набора ферментов, постоянно присутствующих в нормально функционирующих клетках (фотореактивационная, эксцизионная и пострепликативная), так и в ответ на |юврсждение ДНК или прекращение ее синтеза (путем активации группы генов, контролирующих различные клеточные функции, так называемая ЮБ-репарация). Часаь 6 Общин гвнеаика 166 10.2. ПРЯМАЯ РЕПАРАЦИЯ ДНК Этот тип репарации обеспечивает прямое восстановление исходной слруктуры ДН К или удаление повреждения.
Широко распространенная система репарации такого рола — фотореакаиваиин ииримидиновых дииеров. Кроме иее, к этомутипу относятся: репарация ДНК за счет 3'-5'-экзоиуклеазиой активности ДНК-пслимеразы, репарация одиоце почечных разрывов ДН К с помощью пол ииуклеотидли газы, а также ~еиетическая репарация повреждений, вызваииых алкильиыми или метильными группами, путем удалеиия этих групп специфическими ферментами. 10.2Л.
ФОТОРЕАКТИВАЦИЯ В 1949 г. А. Кельнер и в 1950 г. Р. Дул ьбекко установили, что жизнеспособность актиномицетов и бактерий, подвергиутых УФ-облучеиию влетальиыхдозах, восстанавливается, если затем воздейсгвовать иа иих видимым светом. Явление было названо фотореактивацией. Эффективность ее зависит от уровня рН, температуры и физиологического состояния клетки. Восстановительный эффект при фотореактивации (рис.
10,1, а) связан с действием фермента — дезоксирибозидпиримидиифотолиазы, прелст:пщяющего собой полипептид, ассопиироваиный для его активности с иеболыпый молекулой РНК (10-15 иуклеотидов). Этот фермент расщепляет димеры ллух соседних пиримидииов циклобутаиового типа в одной цепи ДНК, образующиеся иол влиянием УФ-лучей, действие которых подробнее рассмотрено в гл. 14.
Каждыйй из диме ров задерживает репликацию примерно иа 10 секуцд. Фермент присоели шип ся к и им и в темноте, и на свету, но реакция расщепления связей, обьедиияюших !1ве молекулы пиримидинов, энергетически зависит от действия видимого света с большей длиной волны. На свету пиримидииовые димеры расщепляются, за счет разрыва ковалеитиых связей происходит моиомеризация и таким образом воссгаиавливается иативиая структура ДНК.
К эффективному диапазону (365 — 490 им) относятся наиболее длиииоволиовые УФ-лучи (365 — 390 им) и примыкающие к иим иилимые синие лучи (435 — 495 им). Наибольшая эффективность фотореактивации отмечена для голубой части видимого спектра. Если же необходимо исключить возможность реактивации, то опыты следует проводить в более длиииоволиовой части спектра, начиная с желтого света (570 — 590 им). За 1 минуту молекула фотолиазы может расщепить 2,4 димера. У Е, сод система фото реактивации удаляет до 90% пиримиди но вых диме ров и ко итрол ируегся одним шпом — рог.
Штаммы, несущие мутацию по этому гену ие способны к репарации ДНК. Фотореактиваци и подвергакпся только циклобушновые димеры. Надо отметить, что это пока почти единственная, известная ферме нтиая реакция, в которой фактором активации служит ие химическая энергия, а энергия видимого света. Дезоксирибозидпиримидиифотолиаза широко распространена у разных органических форм и представлена даже у таких примитивных микроорганизмов, как микоплазмы. Оиа есть у всех изученных бактерий, кроме М!сгососсив гад!одигаив, которые чрезвычайно цпспт б (ЛГсяпн еепгпнини 1бН 10.2.2.
РЕПАРАЦИЯ ДНК ЗА СЧЕТ ЭКЗОНУКЛЕАЗНОЙ АКТИВНОСТИ ДНК-ПОЛИМЕРАЗ Усгацоанено, что большинспю бактериальных полимераз кроме 5'-3'-полимеразной актив~ юсти имеют 3'-5'-экзонуклеазную активность, благодаря которой обеспечивается коррекция возможных ошибок. Причем эта коррекция осуществляется в два этапа: сначала идет проверка соответствия каждого нуклеотида матрице перед включением его в состав растущей цепи, а затем — перед включением в цепь следующего за ним нуклеотида. При встраивании неправильного нуклеотида двойная спиральдеформируегся. Это позволяет ДНК-полимеразе распознать в большинстве случаев дефект в растущей цепи. Если ошибочно встроенный нуклеотид не способен формировать водород~ ную связь с комплементарным основанием, полимераза приостановит процесс репликации до тех пор, пока нужный нуклеотид не встанет на его место.
У Е, со11 обнаружен пл ~ тиЮ, мутация которого изменяете-субъединицуДНК-полимеразы П1, результатом чего является нарушение генетической репарации неправильно встроенных нуклеотидов, что в конечном итоге приводит к возникновению мутаций вдругих генах. 10.3. ЭКСЦИЗИОННАЯ РЕПАРАЦИЯ ДНК Существуют системы генетической репарации, работа которых напоминает «хирургическое» вмешательство в структуру ДНК: поврежденные участки вырезаются из цепи ДН К, отсюда происходит и термин «эксциэпонная репарация» 1англ. ехсплоп— вырезание).
Сам феномен известен еще с 1955 г., однако, молекулярный механизм эксцизионной репарации был раскрыт гораздо позже — в 19б4 г., в результате работ нескольких групп исследователей на линиях мутантных бактерий, чувствительных к лействию радиации. Оказалось, что данный тип генетической репарации обеспечивает вырезание неверного или поврежденного нуклеотила/участка ДНК, последую~ цую синтез застройку бреши и лиги рован ив. К этому типу относится несколько специализированных механизмов, например, гликозилазы удаляют лишь модифицироьнпп~ые основания, АР-эндонуклеазы — апуриновые сайты, и тд. По-видимому, именно системы эксцизион ной репарации восстанавливают большую часть поврежлений ДН К в клетке, Общая схема эксцизионной репарации, действующей по принципу «режь-латай», включает несколько этапов 1см. рис.
1О.1, б): 1. Узнавание повреждения УФ-эндонуклеазой 1у Е.соП этот фермент называют 1)нгАВС-эндонуклеазой); В случае пиримидиновых димеров или моноаддукгов повреждение распознается легко. В других случаях, например, при неправильном спаривании нуклеотидов, оба нуклеотида 1правильный и неверный) эквивалентны для многих видов эксцизионной репарации, однако существуют специализированные системы, позволяющие в большинстве случаев восстанавливать нативную структуру.
1ЬЧ !лава Г(2 репарацияl(ггк 2. Инцизия (надрезание) цепи ДН К этим фс(зме~гпзм по обе сторожил от поврежден ~ив; 3. Эксцизия (вырезание и удаление) фрагмс~ гга ДН К, содержащего повреждение, происходит при участии геликазы — фермента, расплетающего молекулу ДНК для ш,ювобождения концов ~юсле первичных надрезов; 4. Ресинтез, в ходе которого ДНК-полимераза 1 застраивает образовавшуюся брешь благодаря своей 5'-3'-полимеразной активности, а ДНК-лигаза ковалентно присоединяет 3'-конец вновь синтезированного материала к ранее синтезированной ДНК. Эксцизионная репарация ДНК завершается при возникновении ковалентных связей репарированного участка со скелетом полинуклеотида.
Таким образом, обеспечивается непрерывность в ранее поврежденной цепи двухцепочечной молекулы ДН К. В целом, эксцизионная репарация обычно распознает нарушения вторичной с !руктуры ДНК (двойной спирали) и вырезает их. У Е. со(Г выделяют три вида эксцизионной репарации, различающихся по длине вырезаемых фрагментов поврежденной ДН К (короткие, длинные и очень короткие). Экецизионная репарация коротких фрагментов является конститутивной и контролируются системой иег-генов (А, В, С, 2)).
Размер вырезаемого фрагмента цепи ДНК составляет около 20 оснований. Комплекс ОчгАВ распознает повреждение (пиримидиновый димер, моноаддукт), затем ОчгА отсоединяется, а ЬчгС присоединяется, новый комплекс осуществляет разрез на 7 нуклеотидов в 5'-сторону от поврежденияя и 3 — 4 нуклеотида в другую. (Гиг)) продуцирует гели казу, которая раскручивает ДНК для высвобождения концов цепей. Этап эксцизии обычно осуществляется ДНК-полимеразой 1, которая помимо полимеразной имеет и экзонуклеазную активность. Этот фермент, как правило, застраивает короткие участки (до 30 нуклеотидов). ДНК-полимераза 11 способна вырезать и застраивать более длинные бреши (до ! 000 — 1 500 нуклеотидов). Такие же функции присуши экзонуклеазе У11.
Таким образом, отдельные этапы могут выполняться различными ферментами, 'по повышает надсжносп системы. Данный тип репарации ДНК удаляет примерно 99% моноалдуктов. Экецизионная репарация длинных повреждений контролируется той же системой юнов, однако, является индуцибельной. Размеры вырезаемых фрагментов в отдельныхх случаях могут превышать и 9 000 нуклеотидов. К специализированным системам эксцизион ной репарации ДН К можно отнести зкецизионную репарацию очень коротких фрагментов. Она специфически удаляет Т в нарах ОТ и СТ, используя продукты генов тиз2, и тизл Другая система подобного рода, основанная на работе гена тигУ, кодирующего аденингликозилазу, вырезает А в парах АО и АС. Эти системы могут работать очень успешно вскоре после синтеза ДН К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
