В.Н. Сойфер - Репарация генетических повреждений (статья) (1117846)
Текст из файла
REPAIROF GENETIC DAMAGEV. N. SOYFERРЕПАРАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХПОВРЕЖДЕНИЙÇ. ç. ëéâîÖê© ëÓÈÙ Ç.ç., 1997The following mechanismsof repair are described:direct repair, excision ofdamages based by glycosylases, nucleotides' excision, repair of mismatchednucleotides, postreplicative and SOS-repair. Distribution of repair enzymesamong different representatives of the living worldas well as hereditary diseases development afterdamagingofrepairenzyme genes are discussed.4éÔËÒ‡Ì˚ ÏÂı‡ÌËÁÏ˚ ÂÔ‡‡ˆËË„ÂÌÂÚ˘ÂÒÍËıÔÓ‚ÂʉÂÌËÈ Ì‡ ÏÓÎÂÍÛÎflÌÓÏ ÛÓ‚ÌÂ: ÔflχflÂÔ‡‡ˆËflÔÓ‚ÂʉÂÌËÈ, ˝ÍÒˆËÁËÓÌ̇fl ÂÔ‡‡ˆËfl, ÂÔ‡‡ˆËfl ÌÂÒÔ‡ÂÌÌ˚ı ÓÒÌÓ‚‡ÌËÈ, ÔÓÒÚÂÔÎË͇Ú˂̇fl Ë SOSÂÔ‡‡ˆËfl.
ê‡ÒÒÏÓÚÂ̇‡ÒÔÓÒÚ‡ÌÂÌÌÓÒÚ¸ ÂÔ‡ËÛ˛˘Ëı ÙÂÏÂÌÚÓ‚‚ ÊË‚ÓÏ ÏËÂ Ë ‚ÓÁÌËÍÌÓ‚ÂÌËÂ̇ÒΉÒÚ‚ÂÌÌ˚ı ·ÓÎÂÁÌÂÈ ‚ ÂÁÛθڇÚ ̇ۯÂÌËfl „ÂÌÓ‚,ÛÔ‡‚Îfl˛˘Ëı ÒËÌÚÂÁÓÏ˝ÚËı ÙÂÏÂÌÚÓ‚.ìÌË‚ÂÒËÚÂÚ ËÏ. ÑÊӉʇ åÂÈÒÓ̇, î˝ÈÙ‡ÍÒ,ÇˉÊËÌËfl, ëòÄÇÇÖÑÖçàÖРепарация генетических повреждений – свойство живых организмов восстанавливать повреждения, возникшие в ДНК в результате воздействияразнообразных мутагенных факторов как радиационной, так и химической природы.
Оно было открыто относительно недавно, менее полувека назад.В настоящее время описано много реакций репарации. Одни более просты и происходят немедленнопосле мутагенного воздействия, другие требуют индукции синтеза новых ферментов и поэтому растянуты во времени. Некоторые реакции идут до того,как клетки вступят в новую фазу деления, другие могут осуществляться и после того, как клетка закончила деление (при этом часть повреждений в геномесохраняется неотрепарированной). Есть совершенно удивительные реакции, когда клетки “стараются” спасти свою жизнь ценой введения новых мутаций. Исследование процессов репарации идетполным ходом, новые и новые принципы, а не только отдельные детали уже известного “костяка” реакций появляются в печати каждый год. Опубликовано много книг, посвященных репарации и связи ее смутагенезом.
Сейчас стало очевидным, что от того,как клетки справляются с повреждениями, зависитне просто возникновение мутаций, но и такие кардинальные процессы, как появление наследственных болезней и раковых опухолей, старение. По-видимому, репарация сыграла ведущую роль вэволюции живых существ.éëçéÇçõÖ èêàçñàèõêÄáãàóçõï êÖÄäñàâ êÖèÄêÄñààФотореактивация и другие виды “прямой” репарации. В 1949 году немецкий генетик Альберт Кельнер,бежавший из гитлеровской Германии в США, обнаружил, что в клетках бактерий и грибов, таких, какстрептомицеты и пенициллы, облученных ультрафиолетовым (УФ) светом, а затем перенесенных навидимый свет, частота мутаций падает, а выживаемость резко возрастает по сравнению с клетками,оставленными после облучения в темноте.
Кельнерпришел к выводу, что на свету проходят реакциивосстановления и какие-то поврежденные молекулы или части их возвращаются к норме. Нужно подчеркнуть, что в 1949 году большинство генетиковеще не понимали ведущей роли ДНК в наследственности, имели весьма смутные представления оструктуре хромосом и даже не знали, что дрожжи иëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1997другие грибы – эукариоты.
Поэтому объяснение,данное Кельнером восстановлению повреждений насвету, было по-настоящему пионерским. МаксДельбрюк, другой эмигрант из Германии, будущийНобелевский лауреат, подсказал Кельнеру названиедля описанного им явления – фотореактивация. Втом же 1949 году сходный процесс был найден у бактериальных вирусов и высших организмов – в яйцахморской звезды.В кратком обзоре невозможно описать скольконибудь подробно историю того, как открытие Кельнера обрастало новыми и новыми подробностями.Можно лишь сказать, что, к чести первооткрывателя фотореактивации, он быстро пришел к выводу,что за процесс исправления ответственна простаяреакция в наследственном аппарате. Этот выводбыл сделан еще до знаменитой работы Дж.
Уотсонаи Ф. Крика, в которой они в 1953 году постулировали существование ДНК в виде двойных спиралей иприписали ДНК функцию наследственных молекул.В 1958 году был впервые выделен фермент, осуществляющий фотореактивацию, который сейчас называют фотолиазой. В 1960 году голландские ученыеР. Бьюкерс и У. Берендс изучили химию процессаповреждения нуклеиновых кислот УФ-светом и выделили специфический продукт, который возникалтолько в том случае, если колебания нитей ДНК сводили к минимуму путем замораживания растворов.Оказалось, что двойная связь между пятым и шестым атомами углерода в составе пиримидиновых оснований (тимине и цитозине в ДНК и цитозине иурациле в РНК) под действием УФ-света можетрваться.
Атомы остаются связанными одиночнойсвязью, а в результате разрыва другой связи образуются две свободные валентности. Обычно ДНК вклетках находятся в так называемой Б-форме, когдаплоскости оснований параллельны друг другу и расстояние между плоскостями равно примерно 3,4 Å.Это расстояние оказывается как раз таким, чтобыосвободившиеся при УФ-облучении валентностимежду С5–С6 атомами пиримидиновых оснований,расположенных рядом в цепи ДНК, могли замкнуться друг на друга и сформировать более сложное,так называемое циклобутановое кольцо:OТиминHOC NСахар N 12 34C OСахар NC CCH3 УФ-светHФосфатCH3HC C42 3C OC OТиминC CСахар NC NOРепарация О6-алкилированного гуанина.
Советский генетик И.А. Рапопорт в 1944–1948 годах нашелновый класс химических мутагенов – алкилирующие агенты, способные добавлять к взаимодействующим с ними молекулам алкильные (метиловые,этиловые, пропиловые, бутиловые) боковые группы. Аналогичный результат вскоре был получен английским генетиком Шарлоттой Ауэрбах. В конце60-х годов стало ясно, что эти мутагены алкилируютпуриновые и пиримидиновые основания в ДНК.Один из наиболее мощных алкилирующих мутагенов, метил-нитро-нитрозогуанидин, может алкилировать гуанин, присоединяя метильную группу ккислороду, связанному с шестым атомом кольца:C CHФосфатHСахар N 1Фотореактивация заключается в том, что фермент фотолиаза расщепляет вновь образовавшиесясвязи между соседними пиримидиновыми основаниями и восстанавливает нативную структуру.
В1963 году фотолиаза была выделена и очищена. В настоящее время выяснено, что в фотолиазе есть участок, либо сам служащий светочувствительным центром, который способен адсорбировать фотоны (всиней части спектра), либо связывающийся с кофакторами, адсорбирующими свет. Хотя тонкие реакции механизма поглощения света фотолиазами досих пор до конца не поняты, ясно, что свет активирует фотолиазу, которая затем распознает димеры воблученной ДНК, присоединяется к ним и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцамисвязи. После этого фотолиаза отходит от ДНК. Прямое восстановление структуры ДНК на этом завершено.
Это единственная пока найденная ферментная реакция, в которой фактором активации служитне химическая энергия, а энергия видимого света.Все остальные типы репарации не требуют активации светом и потому первое время носили собирательное название “темновая репарация”. Сейчасэтот термин практически не встречается.C N6 56 5HДовольно часто употребляют и другой терминдля их обозначения – димер пиримидиновых оснований. В зависимости от того, какие основания соединены в димер, их называют димерами тимина,димерами цитозина или тимин-цитозиновыми димерами.
Если димеризация произошла в РНК, томогут возникнуть димеры урацила и любого другогопиримидинового основания.CH3CH3C OC NHOHДимер тимина(циклобутановый димер)ëéâîÖê Ç.ç. êÖèÄêÄñàü ÉÖçÖíàóÖëäàï èéÇêÖÜÑÖçàâN1H2NC2OCCH3N5C73 4C96N8C HNHПолученный продукт был назван О6-метил-гуанином (или сокращенно О6-меГ). В 1978–1979 годах генетики и биохимики обнаружили, что метильная группа может отщепляться от гуанина и тогда5происходит прямое восстановление структуры ДНКв этой точке.
В 1982–1988 годах было установлено,что такой же механизм функционирует при репарации О4-алкилтимина. Последующие исследованияпоказали, что в клетках есть белки метилтрансферазы, которые могут захватывать метильные группыот модифицированного гуанина и благодаря этомувосстанавливать исходную структуру ДНК. Интересно отметить, что метилтрансфераза, захвативметильную группу, не может от нее освободиться.Тем самым в прямом смысле эти белки не ферменты, так как последние не изменяются в ходереакций. Если для каждого акта прямой репарацииО6-меГ или О4-алТ нужна новая молекула белка,клетка вынуждена запустить синтез новых его порций.
Как правило, внутри клетки их накапливаетсянесколько тысяч, чтобы обеспечить нужды репарации: по одной молекуле уходит на одно повреждение. Если процесс возникновения новых повреждений в ДНК идет медленнее, чем синтез новыхпорций белков, то последних хватает на захват всехметильных групп в гуанинах и мутации не возникают. Если же скорость внесения новых поврежденийпревышает скорость синтеза белков, последние перестают справляться со всеми повреждениями и вклетках накапливаются мутации. В минуту в клеткеE. coli может синтезироваться порядка 100 молекулметилтрансфераз. Следовательно, мутации не возникнут, если скорость возникновения О6-меГ повреждений будет меньше 100 в минуту.
Для справки:кишечные палочки делятся каждые 30 минут и, таким образом, клетка за один клеточный цикл можетнакопить не более 3000 метилтрансфераз.Репарация однонитевых разрывов ДНК. Еще одинтип реакций прямой репарации был обнаружен дляоднонитевых разрывов ДНК, индуцируемых, например, ионизирующим излучением. При этом спомощью фермента ДНК полинуклеотидлигазы(от англ. ligase – соединять, связывать) происходитпрямое воссоединение разорванных концов в молекуле ДНК.Репарация АП-сайтов за счет прямой вставки пуринов.
Голландский ученый Т. Линдал в 1979 году нашел, что при некоторых типах повреждений пуриновых оснований ковалентная связь междуоснованием и сахаром (гликозидная связь) можетрваться. Тогда в молекуле ДНК на месте этих оснований образуется брешь, названная АП-сайтом.Термин приложим также к случаям, когда из ДНКвыпадают пиримидиновые основания (термин АПсайт, таким образом, объединяет все случаи выщепления оснований с образованием и апуриновых иапиримидиновых сайтов). Описаны ферменты, названные инсертазами (от англ. insert – вставлять),которые могут вставлять в брешь такое же основание, какое было до поражения, и соединять его с сахаром. Структура ДНК приобретает исходный неповрежденный вид.6Эксцизионная репарация.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
