Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 134
Текст из файла (страница 134)
б) Появление циклобугановык пиримидиновых димеров вызывает образование изгиба ипи петли в молекуле ДНК. минирование цитозина постепенно привело бы к уменьшению содержания пар б= С и увеличению солержания пар А=Т в ДНК всех клеток. За миллионы лет лезаминирование цитозина могло бы привести к полному вытеснению пар С=С и изменению генетического кода. Использование тимина в качестве олного из четырех оснований ДНК могло быть, таким образом, решающим момснтолт в зволюции, что сделало возможным длительное хранение генетической информации.
Другая важная реакция дезоксирибонуклеотндов — зто гидролиз )л)-(3-гликозидной связи между основанием и пентозой (рис. 8-30, б). С пуринами зто происходит чаще, чем с пиримидинами. При обычных условиях в клетке каждые 24 часа из ДНК теряется примерно один из !0л пуринов (1О 000 на клетку млекопитающего). Депуринизация рибонуклсотидов и РНК происходит намного медленнее и считается физиологически нсзначимой. В пробирке скорость потери пуринов может быть ускорена добавлением кислоты.
Инкубация ДНК при значениях РН около 3 вызывает выборочное удаление пуриновых оснований, в результате чего образуется производное, которое называется апуриповой кислотой. Другие реакции обусловлены различными видами излучения. УФ-излучение вызывает конленсацию двух зтиленовых групп с образованием циклобуганового кольца. В клетке такая же реакция может происходить между соседними пиримиднновыми основаниями в нуклеиновых кислотах с образованием циклобутановых пиримидиновых димеров. Наиболее часто зто происхолит между тиминовыми остатками, расположенными по со- азотистой ннелотм Алкнлнрующне агенты Рнс. 8 32.
Химические рввгентм, которые вызывают ~оврюкдвння ДНК. а) Предшепаенни- ки азотистой кислоты, которая ускоряет реакции дезаминнрования. б) Алкнлнрующне агенты. 14181 Часть 1. 8. Нуклеотиды н нукленновые кислоты седству в одной и той же цепи ДНК (рис. 8-31). Второй тип пиримидиновых димеров, так называемый 6,4-фотииродукт, также образуется под вгьздействием УФ-излучения. Ионизирующее излучение (рентгеновские и у-лучи) может вызывать раскрытие цикла и фрагментацию оснований, так же как и разрыв ковалентных связей в остове нуклеиновых кислот. Фактически все формы жизни подвергаются действию высокоэнергетического излучения, способного вызывать химические повреждения в ДНК.
Известно, что излучение в области, близкой к УФ (с ллинами волн от 200 до 400 нм), которое составляет значительную часть солнечного спектра, способно вызывать образование пиримидиновых димеров и другие химические изменения в ДНК бактерий и в клетках нашей кожи. Мы находимся под постоянным воздействием ионизирующего излучения в виде космических лучей и радиации, излучаемой радиоактивными элементами, такими как радий, плутоний, уран, радон, "С и зН.
Рентгеновские лучи с целью мелицинской и стоматологической диагностики, а также в радиационной терапии рака и других заболеваний также относятся к ионизирующему излучению. Приблизительно 10% всех повреждений ДНК, вызываемых внешними агентами, происходит цод действием УФ и ионизирующего излучений. Молекула ДНК также люжет быть поврежлсна иод действием химикатов из промышленных отходов. Эти веществасамипосебе,возможно,безвредны, но они могут метаболизироваться в клетке в токсичные продукты.
Существуют два наиболее важных класса таких веществ (рис. 8-32): (1) лезаминируюшие агенты, в частности азотистая кислота (Н)ЧОт) или соединения, которые могут быть превращены в азотистую кислоту или нитриты, и (2) алкилирующие агенты. Азотистая кислота, образованная из органических предшественников, таких как нитрозамины, нитриты и нитраты, сильно ускоряет реакции дезамннирования оснований. Похожее действие оказывает бисульфит. Оба реагента используются в качестве консервантов при хранении продуктов для того, чтобы предотвратить размножение токсичных бактерий.
При таком использовании они не вызывают значительного увеличения риска развития рака, возможно, потому что используются в небольших количествах, и вносят минимальный вклад в процессы повреждения ДНК. (Если не использовать эти консервапты, испорченные продукты могут нанести намного больший вред здоровью.) Алкилирующие агенты способны изменять определенные основания ДНК. Например, высокоактивное соединение диметилсульфат (рис. 8-32, б) может метилировать гуанип с образованием О"-метилгуанина, который не об- разует пару с цитозином. О Таутомсры гуансзина ОН ОСНз ...1-'а — ""..Ф) Оа-Мстилгуанозин В клетке под действием природных соединений, таких как 5-аденозилметионин, в норме протекает много похожих реакций.
Самым главным источником мутацпонных изменений в ДНК служит окислительное повреждение. Активные формы кислорода — пероксид водорода, гидроксильные радикалы и супероксиданноны — образуются под действиел1 излучения нли в качестве побочных продуктов реакций азробного лзетаболизма Наиболыпий вклад в окислительные повреждения ДНК вносят именно гидроксильные радикалы. Клетки обладают довольно развитой системой защиты от активных форм кислорода; оца включает в себя в том числе различные ферменты, такис как каталаза и суцероксиддисмутаза, которые превращают эти формы кислорода в безопасные вещесз.ва. Часть окислителей, тем нс менее, обходит эту систему защиты и повреждает ДНК, вступая во множество разнообразных реакций, начиная с окисления дезонсирибозы и оснований и заканчивая разрывом цепи.
Точная оценка количества таких повреждений пока невозможна, но в любой клетке человека ЛНК каждый день участвует в тысячах подобных разрушающих реакций окисления. Это только часть наиболее изученных реакций, при которых повреждается ДНК. Большое количество канцерогенных веществ в пище, воде нли воздухе индуцируют изменения оснований ДНК, что вызывает рак. Тем не менее целостность ДНК как полимера поддерживается намного лучше, чем РНК или белка, потому что ДНК вЂ” это единственная макромолекула, которая защищена системой биохимической репарации. Процессы репарации (опнсанные в гл.
25) значительно снижакт степень повреждения ДНК. ° 8.3 Химия нунлен новых кислот ~ 419 ! ДНК метилирована по некоторым основаниям Определенные основания нуклеотидов в молекуле ДНК ферментативно метилируются. Метилированные аденин и цитозин встречаются гораздо чаще, чем метилнрованные гуании и тимин.
Метил ирование обычно происходит в определенных последовательностях или участках молекулы ДНК. В некоторых случаях функциональное значение метилирования хорошо изучено; в других оно остается неясным. Все известные метилазы ДНК используют 5-аденозилметионин в качестве донора метильной группы (рис.
8-32, б). У Е. со11 существуют две известные системы, обеспечивающие метилирование ДНК. Одна из них служит частью механизма защиты, который позволяет клетке отличать свою ДНК от чужой, помечая свою собствепнузо ДН К метил ьнылш группами и разрушая (чужук>) ДНК, которая не содержит метильных групп (эта система известна как система рестрикции-модификации, см. гл. 9). Другая система выполняет метилирование остатков аденозина с образованием )л1а-метиладенозина в последователызости (5')САТС(3') (рис.
8-5, а). Этот процесс опосредован Оаш-мстилазой (от англ. РИА аИеп(пе щесйу1аг1оп), компонентом системы, которая восстанавливает случайно пропущенные основания при репликации ДНК (см. с. 435). В эукариотических клетках около 5% остатков цитидина ДНК метилированы до 5-метилцитидина (рис. 8-5, а). Мстилирование происходит чаще всего в СрС-последовательностях (СрС-островки), в результате чего образуются симметричные метил-СрС-последовательности па обеих цепях ДНК.
Степень метилирования СрС-островков варьирует по участкам больших молекул зукариотических ДН К. Последовательность нуклеотндов ДНК можно определить Способность ДНК хранить информацию связана с такой важнейшей ее характеристикой, как последовательность нуклеотидов. Определение последовательностей нуклеиновых кислот даже из пяти или десяти нуклеотидов до конца 1970-х гг. было сложным и очень трудоемким исследованием. Развитие двух новых методов в 1977 г.
(авторами одного являются Алан Максам и Вальтер Гильберт, а другого — Фредерик Сепгер) слелало О О О ! Азотистое~ ТР Н 5 Праймер Н Н аналог йПЧТР Т 0 С С О Рис. 8-33. Секвенирввание ДНК по методу Сенгера. В этом методе используется способность ДНК-пплимераэ синтезировать ДНК (гл. Рб). а) Для работы ДНК-полимераэы непбходии п рай мер (кпроткий илигпнуклеотидный фрагмент), к которому добавляются нуклеотиды, и матрица, по которой происходит подбор каждого нового нуклептида. В пробирках 3"-гидроксильная группа праймера взаимодействует с добавленными деэоксирибонуклеозидтрифпсфатами (ВМТР) с образованием фпсфодиэфирной связи. б) Секвенирование по методу Сенгера происходит с использованием аналогов дидеэоксннуклеозидтрифосфатпв (ИМТР) для остановки синтеза ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
