Stadij regeneracije i reparacije. Popravak

popravak DNK- ovo je njegovo popravljanje, tj. ispravljanje grešaka koje se javljaju u strukturi molekule. Riječ "popravak" dolazi od engleskog "repair", u prijevodu "popravak", "popravak" itd.

Pogreške u strukturi DNK koje se mogu popraviti najčešće se shvaćaju kao kršenje slijeda nukleotida – strukturnih jedinica koje čine svaki lanac DNK. Molekula DNA sastoji se od dva lanca koji su međusobno komplementarni. To znači da ako dođe do oštećenja u jednom od krugova, onda drugi neoštećeni može obnoviti oštećeni dio prvog. Osim toga, u eukariotskim stanicama svaki je kromosom homologan, tj. sadrži isti skup gena (ali ne i alele). U ekstremnom slučaju, kada je mjesto na oba lanca molekule oštećeno, može se kopirati s homolognog kromosoma. Također nakon S-faze staničnog ciklusa, kada je došlo do replikacije (samokopiranje), svaki se kromosom sastoji od dvije međusobno identične dvolančane kromatide, tj. zapravo od dvije identične molekule DNA. Ovo se također može koristiti za vraćanje izvorne strukture oštećene molekule.

U procesu evolucije pojavilo se mnogo različitih staničnih molekularnih mehanizama odgovornih za popravak DNA. Uglavnom, to su razni enzimi i njihovi kompleksi. Neki od njih također su uključeni u replikaciju. Posebno je opasno oštećenje gena koji kodiraju takve enzime. To dovodi do gubitka jednog ili drugog reparacijskog mehanizma. U tom slučaju dolazi do bržeg nakupljanja oštećenja i mutacija u stanicama. Često je to uzrok nekontrolirane diobe stanica, odnosno pojave tumora.

S druge strane, ako je oštećenje DNA posebno jako, tada se u stanicama aktivira mehanizam samouništenja ( apoptoza). Dakle, takve stanice se ne smiju dijeliti, što znači da sljedeća generacija neće sadržavati značajna oštećenja DNK.

Pogreške u strukturi DNA mogu se pojaviti u različitim fazama njezina postojanja (tijekom sinteze, u pred i postsintetskim razdobljima), iz raznih razloga (slučajno, pod utjecajem kemijski aktivnih tvari, zračenja itd.). Promjene su također različite (gubitak kemijske skupine nukleotida ili dodavanje dodatnog, zamjena nukleotida drugim, uspostavljanje kemijske veze između dva susjedna nukleotida, prekid lanca, gubitak mjesta i sl.). Zbog ove raznolikosti teško je klasificirati reparacijske mehanizme. Često se dijele na one koje nastaju tijekom replikacije, neposredno nakon nje i tijekom ostatka životnog ciklusa stanice. Najčešće proučavani uzroci promjena strukture DNK i metode popravka navedeni su u nastavku.

Treba imati na umu da se ne ispravljaju sve pogreške; one relativno manje i nekritične mogu se prenijeti na sljedeću generaciju stanica i organizama. Ne mogu se nazvati oštećenjem, već - mutacijama. Većina mutacija je štetna, ali one koje su neutralne ili korisne u danim uvjetima okoline služe kao materijal za evoluciju. Dakle, nesavršenost mehanizama popravka DNK osigurala je raznolikost života na našem planetu.

Korekcija nukleotidnog slijeda tijekom replikacije

DNA polimeraze obavljaju glavni posao replikacije DNA dodavanjem nukleotida po nukleotida novom lancu. Uz glavnu funkciju, mnoge polimeraze mogu ukloniti posljednji nukleotid koji je pogrešno vezan, tj. nije komplementaran nukleotidu lanca predloška.

Kemijska struktura nukleotida može se donekle modificirati. Istodobno se počinju povezivati ​​vodikovim vezama ne sa svojim komplementarnim partnerima. Na primjer, citozin se mora vezati na gvanin. Ali njegov izmijenjeni oblik vodikovom vezom veže se za adenin za koji se timin trebao vezati.

Kada se sintetizira novi lanac DNA, sljedeći nukleotid se prvo veže vodikovom vezom na komplementarnu bazu predloška. Nakon toga ga polimeraza kovalentnom vezom veže za kraj rastućeg lanca.
Međutim, ako se radi o modificiranom nukleotidu koji se neispravno vezao na komplementarnu bazu matičnog lanca, tada se obično brzo vraća u svoj izvorni oblik i postaje nekomplementaran. Vodikove veze se prekidaju i ispostavlja se da kraj novog lanca ima slobodno viseći nukleotid kovalentno povezan sa sintetiziranim lancem.

U tom slučaju DNA polimeraza ne može dodati sljedeći nukleotid i ne preostaje joj ništa drugo nego ukloniti ovaj pogrešan nukleotid.

Ako se vodikove veze ne pokidaju, tada će lanac nastaviti rasti dalje iza pogrešnog nukleotida, a točkasta mutacija će ostati. Može se popraviti nakon replikacije.

Popravite odmah nakon replikacije

Nakon što se sintetizira novi lanac DNA, određeni enzimski kompleksi prepoznaju neusklađene baze. Istodobno se javlja problem određivanja novih i starih lanaca molekule DNA. Novi se razlikuje po odsutnosti metiliranih baza i, kod eukariota, po prisutnosti vremenskih praznina. Prema tim značajkama enzimski kompleksi točno identificiraju novosintetizirani lanac. Dakle, kod nekomplementarnih parova baza "pogreška" je nukleotid novog lanca.

Nakon što se pronađe pogreška, drugi enzimi izrezuju cijeli dio DNK koji sadrži pogrešnu bazu, a ne samo jedan nukleotid. Nakon toga polimeraza ponovno gradi ovo mjesto, a ligaza ga spaja s ostatkom lanca. Ovaj mehanizam, kada se dio DNK izreže i ponovno sintetizira, tzv ekscizijski popravak(od riječi ekscizija - rezanje, rezanje), prilično je svestran i koristi se u mnogim slučajevima popravka, a ne samo kod "provjere" DNK neposredno nakon replikacije.

Mehanizmi popravka kod oštećenja DNK

DNK organizma može se promijeniti ne samo zbog grešaka tijekom replikacije. Stanica živi, ​​izložena je nepovoljnim vanjskim čimbenicima, njezino unutarnje biokemijsko okruženje može se promijeniti, izazivajući reakcije koje su štetne za DNA. Kao rezultat toga, genetski materijal je na neki način oštećen. Ovisno o vrsti oštećenja i njegovom opsegu, aktiviraju se različiti mehanizmi popravka koji uključuju malo različite skupove enzimskih kompleksa.

1. Postoje enzimi koji poništavaju promjene nukleotida in situ bez uklanjanja segmenata DNA. Drugim riječima, ako je u lancu postojao nukleotid koji sadrži bazni gvanin (G), koji je kao rezultat kemijske reakcije dodao metilnu skupinu i pretvorio se u metil gvanin, tada će ga enzim pretvoriti natrag u gvanin. U osnovi, takav popravak DNK odnosi se na pričvršćivanje-odvajanje određenih skupina atoma.

2. U slučaju gubitka purinskih baza, može doći do popravka ekscizijom. U slučaju deaminacije i nekih drugih strukturnih promjena baza, enzimi glikozilaze izrezuju samo oštećenu bazu nukleotida. I tek nakon toga slijedi standardni ekscizijski popravak.

3. Dio se izrezuje i tijekom formiranja dimera, kada su dva susjedna nukleotida međusobno povezana. Obično se takve reakcije javljaju kao posljedica izlaganja ultraljubičastim zrakama. Stvaranje dimera izaziva divergenciju komplementarnih lanaca DNK u ovom i obližnjim područjima. Nastaje mjehurić koji enzimi prepoznaju. Zatim počinje ekscizijski popravak.

4. Dolazi do tako teških oštećenja molekula DNA kada se struktura obaju njezinih lanaca prekine na istom mjestu. U ovom slučaju, prema načelu komplementarnosti, više nije moguće obnoviti jedan lanac iz drugog. Jedan primjer takvog oštećenja može biti lomljenje molekule DNK na dva dijela, na primjer, pod djelovanjem jakog radioaktivnog zračenja.

U slučaju oštećenja oba lanca molekule DNA, u pomoć može doći rekombinacijski popravak, kada se umjesto oštećenog područja umetne dio homolognog kromosoma ili sestrinske kromatide. U slučaju loma postoje i enzimi koji mogu ponovno spojiti slomljeni dio DNK. Međutim, neki od nukleotida mogu biti izgubljeni, što zauzvrat može dovesti do ozbiljnih mutacija.

Rekombinacijski popravak tijekom predsintetskog razdoblja staničnog ciklusa može se dogoditi samo između homolognih kromosoma, budući da se svaki kromosom tijekom tog razdoblja sastoji od samo jedne kromatide. Tijekom postsintetskog razdoblja, kada se kromosomi sastoje od dvije identične kromatide, mjesto se može posuditi od sestrinske kromatide.

Treba naglasiti da je skup alela u sestrinskim kromatidama inicijalno identičan (ako nije bilo crossing overa). Homologni kromosomi ne. Dakle, s gledišta genetike, prava rekombinacija se događa samo u slučaju izmjene između homolognih kromosoma. Iako je ovdje u oba slučaja riječ o rekombinaciji.

Razmotrimo takav primjer. Pretpostavimo da se dimer timina pojavio u DNK koji nije popravljen prije replikacije. U procesu replikacije lanci izvorne molekule DNK se razilaze i na svakom se gradi novi komplementarni lanac. Na šablonskom lancu koji sadrži dimer timina, novo mjesto lanca ne može se izgraditi u ovoj regiji. Ovdje jednostavno nema normalnog obrasca. U lancu kćeri pojavljuje se praznina, dok u matičnom lancu ostaje dimer. Odnosno, ova molekula DNA "ne zna" koji je točan nukleotidni niz mjesta.

Jedini izlaz u ovom slučaju je posuditi dio DNK iz drugog kromatida. Prenosi se s jednog od njezinih lanaca. Ovdje formirani jaz se gradi prema obrascu komplementarnog lanca. Preneseno mjesto na oštećenoj molekuli stvara prazninu u lancu kćeri, dok će roditeljski lanac nastaviti sadržavati dimer koji se kasnije može popraviti.

Omogućuje samokopiranje genetskog materijala. U isto vrijeme, zbog načela komplementarnosti, točnost podudaranja nukleotidnih sekvenci lanca kćeri s predloškom je vrlo visoka. Osim toga, DNA je prilično kemijski inertna tvar, što joj osigurava veću stabilnost u usporedbi s, primjerice, RNA. No, to nije dovoljno jer se DNK još uvijek može oštetiti vanjskim utjecajima, a pogreške se mogu pojaviti i u fazi replikacije. Stoga u stanicama moraju postojati mehanizmi za ispravljanje oštećenja i grešaka u sintezi, tj. popravak DNK.

Postoji niz mehanizama popravka koji se izvode u različitim fazama sinteze DNK, a također i ovisno o vrsti grešaka koje se javljaju.

Sve zajedno, mehanizmi popravljanja značajno smanjuju učestalost grešaka u molekulama DNK i usmjereni su na održavanje stabilnosti nasljednog materijala. Međutim, budući da se ne uklanjaju sve promjene u strukturi DNK, dolazi do mutacija, zbog kojih su na Zemlji nastali različiti živi organizmi.

Otklanjanje grešaka pomoću DNA polimeraze

Prije svega, sama DNA polimeraza, kada raste novi lanac DNA, provjerava je li na rastuću nit vezan pravi nukleotid.

Postoje promijenjeni oblici dušikovih baza koje se mogu komplementarno vezati na šablonske nukleotide. Dakle, promijenjeni oblik citozina može se vezati za adenin. Polimeraza će taj završni nukleotid dodati u rastući lanac, ali on će se brzo pretvoriti u svoj uobičajeni oblik – postat će obični citozin. U tom se slučaju uništavaju vodikove veze (jer je narušena komplementarnost), a na kraju se dobiva nespareni nukleotid, ali kovalentno povezan sa sintetiziranim lancem. Polimeraza više ne može rasti lanac. Sama polimeraza ili njoj pridruženi enzim uređivanje endonukleaze odcijepiti posljednji "pogrešni" nukleotid.

Kao rezultat ovog mehanizma samoispravljanja, učestalost pogrešaka replikacije smanjena je za faktor 10. Ako je vezanje pogrešnog nukleotida u fazi sinteze DNA 10 -5 , tada aktivnost popravka polimeraze smanjuje njihov broj na 10 -6 .

Reparacijski mehanizmi

DNA polimeraza ispravlja neke pogreške replikacije, ali ne sve. Osim toga, promjene u slijedu nukleotida DNA nastaju i nakon njegove duplikacije. Tako se purinske baze (adenin i gvanin) mogu izgubiti, citozin se deaminira, pretvarajući se u uracil. Ove i druge promjene obično se događaju zbog određenih kemijski aktivnih tvari sadržanih u okolišu koji okružuje kromosom. Brojni takvi spojevi ometaju normalno sparivanje baza. Pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja, dva susjedna ostatka timina mogu međusobno stvoriti veze, pojavljuju se dimeri timina.

postoji izravna reparacija kada se, ako je moguće, izvorna struktura nukleotida enzimatski obnavlja, bez njihovog izrezivanja.

Popravak ekscizije

Ekscizijski ili predreplikacijski popravak provodi se prije sljedećeg ciklusa replikacije.

Postoji klasa enzima koji otkrivaju izmijenjene nukleotidne sekvence u jednom od komplementarnih lanaca DNA. Nakon toga se pogrešni odjeljak uklanja i zamjenjuje novosintetiziranim. U ovom slučaju, mjesto komplementarne "ispravne" niti služi kao matrica.

Enzimi za popravak obično otkrivaju pogreške na novom lancu DNK, a ne na predlošku. Postoji mala razlika između dva lanca jedne molekule DNA, koja se sastoji u stupnju metilacije dušičnih baza. U lancu kćeri zaostaje za sintezom. Enzimi prepoznaju takav lanac i na njemu ispravljaju dijelove koji na ovaj ili onaj način nisu komplementarni dijelovima starog lanca. Osim toga, puknuća niti, koja se kod eukariota sintetizira od fragmenata, mogu poslužiti kao signali.

Enzim endonukleaza sposobni otkriti gubitak purinskih baza. Ovaj enzim prekida fosfoestersku vezu na mjestu ozljede. Sljedeći korak je enzim egzonukleaza, koji uklanja dio koji sadrži pogrešku. Nakon toga rupa se gradi prema komplementarnosti matrice.

DNA glikozilaze- cijela klasa enzima koji prepoznaju oštećenja DNA kao rezultat deaminacije, alkilacije i drugih strukturnih promjena u njezinim bazama. Glikozilaze uklanjaju baze, a ne nukleotide. Nakon toga popravljaju se dijelovi DNA lanca bez baza na isti način kao i kod "popravljanja" purina.

Valja napomenuti da deaminacija dušičnih baza može dovesti do nemogućnosti vraćanja izvornog slijeda nukleotida. Postoji zamjena nekih parova baza s drugima (na primjer, C-G će biti zamijenjen s T-A).

Enzimi koji uklanjaju mjesta s dimerima timina ne prepoznaju pojedinačne pogrešne baze, već proširenije dijelove promijenjene DNK. I ovdje se događa uklanjanje mjesta i sinteza novog na njegovom mjestu. Osim toga, dimeri timina mogu se spontano eliminirati izlaganjem svjetlu – tzv lagani popravak.

Postreplikacijski popravak

Ako predreplikacijski popravak nije ispravio izmijenjene regije DNA, tada se one popravljaju tijekom replikacije. Jedna od molekula kćeri DNK sadržavat će promjene u oba svoja lanca. U njemu se neki parovi komplementarnih nukleotida zamjenjuju drugima ili se u novosintetiziranom lancu pojavljuju praznine nasuprot promijenjenim dijelovima matrice.

Postreplikacijski sustav popravka može prepoznati takve promjene DNK. U ovoj fazi, uklanjanje oštećenja DNA provodi se izmjenom fragmenata (tj. rekombinacijom) između dvije nove molekule DNA, od kojih jedna sadrži oštećenje, a druga ne.

Ovo je slučaj s dimerima timina koji nisu uklonjeni u prethodnim koracima. Između dva susjedna timina postoje kovalentne veze. Zbog toga se ne mogu vezati vodikovom vezom na kovalentni lanac. Kao rezultat toga, kada se lanac kćeri sintetizira na matičnom lancu koji sadrži dimer timina, u njemu se formira praznina. Ovaj jaz prepoznaju enzimi za popravak. Jasno je da ova molekula DNA nema ispravan presjek (jedan lanac sadrži dimer timina, drugi sadrži rupu). Stoga je jedini izlaz uzeti dio DNA iz "zdrave" molekule, koji je uzet iz lanca predloška ove molekule DNA. Ovdje nastala rupa popunjava se po principu komplementarnosti.

SOS sustav

Značajan dio oštećenja DNK eliminira se pomoću opisanih mehanizama popravka. Međutim, ako ima previše grešaka, tada se obično uključuje tzv. SOS sustav koji se sastoji od vlastite skupine enzima koji mogu popuniti rupe bez nužnog poštivanja principa komplementarnosti. Stoga aktivacija SOS sustava često uzrokuje mutacije.

Ako je promjena DNK prevelika, tada je replikacija blokirana i stanica se neće dijeliti.

Genetski popravak- proces uklanjanja genetskih oštećenja i obnavljanja nasljednog aparata, koji se javlja u stanicama živih organizama pod djelovanjem posebnih enzima. Sposobnost stanica da popravljaju genetska oštećenja prvi je otkrio 1949. američki genetičar A. Kelner. Nakon toga su istraženi različiti mehanizmi za uklanjanje oštećenih područja nasljednog materijala, te je utvrđeno da je genetski popravak svojstven svim živim organizmima. Očigledno se sposobnost popravljanja genetskih oštećenja pojavila u ranim fazama razvoja života na Zemlji i poboljšala se kako su živa bića evoluirala: najstariji predstavnici biljnog i životinjskog svijeta imaju enzime za popravak. Do danas je otkriven velik broj specijaliziranih enzima za popravak, kao i gena (vidi Gen) koji kontroliraju njihovu sintezu u stanicama. Dokazano je da promjene u tim genima povećavaju osjetljivost organizma na nepovoljne i štetne čimbenike, pridonose povećanju nasljednih promjena - mutacija (vidi Mutageneza), pojavi bolesti i preranog starenja. Utvrđeno je da se neke ljudske nasljedne bolesti razvijaju u vezi s kršenjem sinteze enzima za popravak. Detaljno su proučena dva oblika genetskog popravka, fotoreaktivacija i tamni popravak.

Fotoreaktivacija, odnosno povrat svjetlosti, otkriven je 1949. A. Kellner, proučavajući biološki učinak zračenja u pokusima na mikroskopskim gljivama i bakterijama, otkrio je da stanice izložene istoj dozi ultraljubičastog zračenja mnogo bolje preživljavaju ako, nakon ozračivanja u mraku, zračenjem u mraku zrače stanice koje su izložene istoj dozi ultraljubičastog zračenja. smješteni su u normalnim uvjetima prirodnog svjetla. Na temelju toga, sugerirano je da se dio oštećenja genetskih struktura stanica koje nastaju pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja događa na svjetlu.

Bila su potrebna gotovo dva desetljeća da se dešifrira učinak fotoreaktivacije koji je otkrio A. Kellner. Pokazalo se da ultraljubičasto zračenje ima sposobnost poremetiti strukturu molekula deoksiribonukleinske kiseline (skraćeno DNK - vidi Nukleinske kiseline) koje nose genetske informacije. Molekula DNK sadrži četiri vrste takozvanih dušičnih baza: adenin, gvanin, citozin i timin – a sastoji se od dva lanca uvijena u spiralu. Često se u istoj niti iste baze nalaze jedna pored druge. Pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja dolazi do kidanja kemijskih veza u nekim od dušikovih baza, a ako se to dogodi, na primjer, u susjednim timinskim bazama, one se međusobno spajaju, tvoreći takozvani dimer timina. Dimeri timina oštro remete strukturu dvostruke spirale DNK, zbog čega se mijenja značenje genetskog zapisa, što dovodi ili do nasljednih mana koje se prenose na potomke ili do smrti stanice. Za "liječenje", uklanjanje tih oštećenja, neke stanice imaju posebne enzime koji se nazivaju fotoreaktivirajući. Ovi enzimi su sposobni "prepoznati" područja u DNK oštećena ultraljubičastim zračenjem, pričvrstiti se na njih i uništiti veze nastale između dva timina, vraćajući izvornu (normalnu) strukturu DNK. Međutim, "terapeutski učinak" fotoreaktivacijskih enzima - cijepanje povezanih dijelova molekule DNA i vraćanje njezine izvorne normalne strukture - očituje se samo uz sudjelovanje svjetlosne energije. Zatim, odavde, svjetlost igra ulogu faktora aktivacije u tim procesima, pokrećući reakciju fotoreaktivacije. Ovo je do sada ostao jedini primjer biokemijskih reakcija u kojima svjetlosna energija djeluje kao aktivator.

U početku je sposobnost fotoreaktivacije pronađena kod mikroorganizama, a kasnije su fotoreaktivirajući enzimi pronađeni u stanicama nekih riba, ptica, vodozemaca, kukaca, viših biljaka i algi. Dugo se ova vrsta popravka nije mogla pronaći kod sisavaca i ljudi. Tek 1969. godine dokazano je da stanice tobolčara imaju sposobnost fotoreaktivacije. Ova činjenica je objašnjena osobitostima biologije ovih najstarijih stanovnika Zemlje: vjerovalo se da je prisutnost fotoreaktivirajućeg enzima kod tobolčara od iznimne važnosti, budući da je samo kod njih (među ostalim sisavcima) embrij izložen sunčeva svjetlost (uključujući ultraljubičasto zračenje) u procesu prijenosa u majčinu torbu. Nedavne studije ukazuju na mogućnost prisutnosti fotoreaktivirajućeg enzima u stanicama ljudske kože; možda zato masivno ultraljubičasto zračenje, na primjer, tijekom opeklina od sunca, ne uzrokuje štetu ljudskom genetskom aparatu.

Tamna reparacija, za razliku od fotoreaktivacije, univerzalna je. Otklanja različita strukturna oštećenja DNA koja su posljedica raznih zračenja i kemijskih učinaka. Sposobnost popravljanja mraka pronađena je u svim staničnim sustavima i organizmima. Sposobnost stanica mikroorganizama da popravljaju genetska oštećenja u mraku otkrivena je 1955. godine, no detalji tog procesa počeli su se razjašnjavati tek 1964. godine. Ispostavilo se da se mehanizmi tamnog popravka bitno razlikuju od mehanizma fotoreaktivacije. Prva razlika je u tome što, dok fotoreaktivacijski enzim cijepa dijelove molekule DNA povezane ultraljubičastim zračenjem tijekom reakcije na svjetlu, oštećeni dijelovi se uklanjaju iz molekule DNA tijekom popravka u tami. Druga razlika je vezana uz broj "saniranih" oštećenja. Fotoreaktivacijski enzim aktivan je protiv samo jedne vrste oštećenja DNA - stvaranja dimera timina pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja. Enzimi koji provode tamni popravak sposobni su eliminirati različita strukturna oštećenja DNK koja nastaju kao posljedica različitih učinaka na stanice – kako kemijskih tako i zračenja. Kao rezultat tamnog popravka provodi se svojevrsni molekularni "kirurški" zahvat: oštećena područja se "izrezuju", a nastale "praznine" se popunjavaju lokalnom (lokalnom) sintezom ili razmjenom dijelova između oštećenih i neoštećenih DNK niti, zbog čega se obnavlja njegova izvorna normalna struktura. Tamni popravak odvija se pod kontrolom velikog broja enzima, od kojih je svaki odgovoran za određenu fazu ovog složenog procesa. Detaljno su proučavane dvije vrste tamnog popravka, ekscizijski i postreplikacijski. Tijekom ekscizijskog popravka, oštećeni dio DNK se izrezuje i nadomješta prije početka sljedećeg ciklusa stanične reprodukcije, točnije prije početka duplikacije (replikacije) molekula DNK. Biološki smisao ovog procesa je spriječiti fiksiranje nasljednih promjena (mutacija) u potomstvu i naknadnu reprodukciju promijenjenih oblika. Ekscizijski popravak je najekonomičniji i najučinkovitiji oblik genetskog popravka. Utvrđeno je da se tijekom njegovog normalnog funkcioniranja do 90% postojećih genetskih oštećenja uklanja iz mikroorganizama prije početka replikacije DNA, a do 70% iz stanica viših organizama. Ekscizijski popravak provodi se u nekoliko faza.

Najprije poseban enzim “prereže” jedan od lanaca DNK, blizu oštećenog područja, zatim se oštećeno područje u potpunosti ukloni, a nastalu “prazninu” popune posebni enzimi (DNK polimeraze) koji opskrbljuju karike koje nedostaju , posuđujući ih iz neoštećene niti. Sposobnost ekscizijskog popravka utvrđena je kod stanica mikroorganizama, viših biljaka i životinja, kao i kod ljudi.

Postreplikacijski popravak- posljednja prilika za stanicu da eliminira postojeća genetska oštećenja, da zaštiti potomke od promjena nasljednih osobina. Ako se u DNK pojave tolika oštećenja da ih tijekom ekscizionog popravka stanica nema vremena potpuno eliminirati ili ako su oštećeni geni koji određuju mogućnost ekscizionog popravka, tada u procesu reprodukcije (udvostručavanja, replikacije) DNA u kćerkim nitima na mjestu oštećenja prisutnog u matičnim nitima nastaju "praznine". To je zbog činjenice da enzim odgovoran za replikaciju DNK (sinteza lanca kćeri na matičnom lancu DNK) ne može "pročitati" iskrivljenu informaciju na oštećenom mjestu matičnog lanca. Stoga, dostizanjem oštećenog mjesta, koje je ostalo neispravljeno tijekom popravka ekscizije, ovaj enzim se zaustavlja, zatim polako (brzinom stotinama puta sporijom od uobičajene) prolazi kroz oštećeno područje i nastavlja normalnu sintezu kćeri niti, povlačeći se s ovog mjesta. To se događa na svim točkama gdje roditeljski lanac DNK ostane oštećen početkom replikacije. Naravno, ako je broj oštećenja prevelik, replikacija potpuno prestaje i stanica umire. Ali stanica ne može dugo postojati s molekulama DNK koje nose praznine. Dakle, nakon replikacije, ali prije stanične diobe, počinje proces postreplikacijskog popravka. Prije diobe stanice u njoj nastaju dvije dvolančane molekule DNA. Ako jedan od njih nosi oštećenje u nekom trenutku u jednom lancu i prazninu u suprotnom lancu, tada će u drugoj dvolančanoj molekuli DNK oba lanca na ovom mjestu biti normalna. U tom slučaju može doći do izmjene dijelova DNA - rekombinacije (vidi Gen, izmjena gena): iz normalne molekule DNA izrezat će se netaknuti dio i umetnuti na mjesto oštećenog dijela u drugoj molekuli, zbog čega oštećeni genetski materijal bit će zamijenjen normalnim. Slijedom ovoga, spec. enzimi (DNA polimeraze) popravljat će "praznine" (sada će to moći jer na ovom mjestu neće biti oštećenja u obje molekule), novosintetizirani i stari lanci međusobno će se povezati, a izvorna struktura DNK bit će kao rezultat ove potpuno obnovljene. U skladu s prirodom procesa povezanog s provedbom rekombinacije, ova vrsta postreplikacijskog popravka također se naziva rekombinacija.

Očigledno, opisani mehanizam nije jedini način vraćanja normalne strukture DNA nakon njezina udvostručenja (replikacije). U svakom slučaju, poznat je mehanizam u kojem se poveznice umeću u praznine koje ne odgovaraju izvornoj strukturi DNK koja se popravlja, tj. dolazi do mutacija. Moguće je da se to događa u onim slučajevima kada stanica, iz ovog ili onog razloga, ne može popraviti svoju DNK nijednom od gore opisanih metoda i ima posljednju priliku - ili preživjeti po cijenu mutacija, ili umrijeti. Međudjelovanje različitih sustava za popravak, regulacija njihove aktivnosti u stanici i točno vrijeme rada još nisu dovoljno proučeni. Utvrđeno je da u nekim slučajevima u stanici dolazi do koordiniranog djelovanja ekscizijskih i postreplikativnih popravnih enzima. Na primjer, ako su dva lanca DNA međusobno povezana (umrežena), što se događa pod djelovanjem mnogih otrova (primjerice, otrovne tvari iperita), tada ekscizijski popravljajući enzim prvi započinje reakciju popravka, režući jedan lanac DNA, a zatim enzimi za popravak nakon replikacije stupaju u akciju, dovršavajući proces.

Sustavi enzima za postreplikativni popravak pronađeni su u ljudskim stanicama. Još uvijek nije u potpunosti razjašnjeno koji su točni enzimski mehanizmi koji omogućuju ovu vrstu popravka u ljudskim stanicama, ali je poznato da se u ljudskim stanicama može dogoditi rekombinacija i nasumično popunjavanje praznina uz pojavu mutacija. Relativna učinkovitost poznatih genetskih procesa popravka također nije jasna. Utvrđeno je, primjerice, da su stanice E. coli ozračene ultraljubičastim svjetlom, uz uvjet normalnog funkcioniranja sustava ekscizijskog popravka, sposobne ukloniti do 1000 oštećenja na DNK. Kada dođe do većeg oštećenja DNK, stanica umire. Ako je sustav ekscizijskog popravka onemogućen, tada se samo oko 100 lezija može ukloniti zbog postreplikacijskog popravka. Ako su oba sustava popravka odsutna, stanica umire od jedinog oštećenja koje se događa u DNK.

reparacija i mutacija. Nakon što je u prvim studijama genetskog popravka utvrđena bliska veza između eliminacije oštećenih područja i smanjenja učestalosti mutacija. Kasnije je dokazano da poremećaji u aktivnosti popravnih enzima dovode do naglog porasta broja mutacija. Istodobno, sada je utvrđeno da se mutacije mogu pojaviti iu tijeku samih procesa genetskog popravka zbog "grešaka" u radu enzima popravka. Iako je najprihvaćenija hipoteza da su procesi popravka uglavnom bez grešaka i da samo reakcija post-replikacijskog popravka, tijekom koje se nasumične baze ugrađuju u prazninu, uzrokuje mutacije, gomila se sve veća količina eksperimentalnih podataka, što ukazuje da čak relativno mali broj popravaka pogrešaka dovodi do pojave značajnog broja mutacija koje se otkrivaju kako u normalnim (prirodnim) uvjetima tako iu slučaju izloženosti štetnim čimbenicima.

Reparacija u različitim fazama individualnog razvoja organizama. Sposobnost provođenja jedne ili druge vrste genetskih reparacija može se promijeniti u različitim fazama razvoja organizama. Studije pokazuju da se maksimalna učinkovitost svih procesa popravljanja kod sisavaca (uključujući i čovjeka) očituje u vrijeme embrionalnog (intrauterinog) razvoja iu početnim fazama tjelesnog rasta. Na primjer, dugo nije bilo moguće pronaći reakciju ekscizijskog popravka kod glodavaca (hrčak, štakor, miš i dr.), a tek je nedavno utvrđeno da se ova vrsta popravka odvija u embrionalnoj fazi razvoja i prestaje u kasnijim fazama. Često se provodi samo u stanicama koje se dijele, na primjer, u živčanim stanicama embrija u razvoju. Ako se stvore uvjeti u kojima se dioba tih stanica suzbija, tada se eliminira i popravak jednolančanih prekida u DNA, uzrokovan, na primjer, zračenjem X-zrakama.

Reparacijski poremećaji i ljudske bolesti. Engleski znanstvenik D. Cleaver je 1968. godine dokazao da je ljudska nasljedna bolest pigmentna kseroderma, čiji su znakovi crvenilo, stvaranje izraslina, često s malignom degeneracijom kožnih područja na mjestu izlaganja sunčevoj svjetlosti, kao i vizualni. oštećenje, živčani sustav i drugi, zbog defekta u aktivnosti enzima za popravak ekscizije. Kasnije je otkriveno da su neke druge ljudske nasljedne bolesti uzrokovane kršenjem procesa genetskog popravka. Te bolesti uključuju Hutchinsonov sindrom, koji razvija patuljasti rast, prerano starenje i progresivnu demenciju. Oštećenje gena koji kodiraju enzime za popravak odgovorno je za pojavu niza oblika takve relativno česte bolesti kao što je sistemski eritematozni lupus i drugi.

Proučavanje molekularne prirode ovih bolesti daje razlog za nadu u relativno brz razvoj metoda za njihovo liječenje. Uspjeh u tom smjeru ovisi kako o proučavanju detalja procesa genetskog popravka i proučavanju mogućnosti izolacije aktivnih enzima iz normalnih organizama (osobito mikroba) s njihovim kasnijim unošenjem u tijelo pacijenta, tako i o metodama zamjene oboljelih gena. kod zdravih (vidi Genetski inženjering). Dok drugi put zasad ostaje samo na polju hipoteza, u prvom smjeru je započeo eksperimentalni rad. Tako su japanski istraživači K. Tanaka, M. Bekguchi i I. Okada krajem 1975. izvijestili o uspješnoj uporabi jednog od enzima za popravak izoliranih iz bakterijskih stanica zaraženih bakterijskim virusom za uklanjanje defekta u stanicama uzetim od pacijenta koji pati od kseroderme. Kako bi ovaj enzim uspješno ušao u ljudske stanice uzgojene u umjetnim uvjetima korišten je ubijeni virus Sendai. Međutim, do danas takva istraživanja nisu provedena na ljudskom tijelu. Drugi smjer povezan je s razvojem metoda za ranu dijagnostiku bolesti uzrokovanih nedostatkom enzima za popravak.

Unatoč visokoj točnosti rada enzima koji provode replikaciju DNA, kao i postojanju mehanizma korekture, još uvijek se pojavljuju pogreške tijekom sinteze novih lanaca DNA povezane s uključivanjem nekomplementarnih nukleotida u njihov sastav. Osim toga, molekule DNA u stanicama izložene su različitim fizičkim i kemijskim čimbenicima koji narušavaju njihovu strukturu. Neka od najčešćih oštećenja DNK uključuju:

Pucanje (b-N)-glikozidnih veza između purina i deoksiriboze (depurinacija), što je najčešće posljedica porasta temperature. Dnevno se u ljudskoj stanici izvrši od 5.000 do 10.000 radnji depurinacija;

Spontana deaminacija ostataka citozina i adenina uz stvaranje ostataka uracila, odnosno hipoksantina (oko 100 događaja po genomu dnevno);

Alkilacija dušikovih baza pod djelovanjem kemikalija posebne klase ( alkilirajuća sredstva);

- interkalacija(ugrađivanje) nekih spojeva između susjednih parova nukleotida;

Stvaranje kovalentnih poprečnih veza između lanaca DNA pod djelovanjem bifunkcionalnih agenasa;

Stvaranje dimera ciklobutana nastaje apsorpcijom ultraljubičastog svjetla (UV) (slika 2.2) između susjednih pirimidina u lancu.

Većina tih oštećenja ometa procese replikacije i ekspresije gena, na primjer, svaki dimer timina u DNK E. coli odgađa replikaciju za 10 s. Osim toga, ta su oštećenja izvor mutacija ako se ne poprave prije početka replikacije DNA.

Najčešće se takva kršenja javljaju samo u jednoj od DNK niti, dok druga nit nasuprot oštećenja u većini slučajeva sadrži "ispravan" niz, koji može poslužiti kao matrica za ispravljanje pogrešaka. Dakle, dvostruka spirala DNA, kao i činjenica da kodira informacije o strukturi enzima za popravak, omogućuje jedinstveni mehanizam ispravljanja pogrešaka - popravak, koji je karakterističan samo za jednu klasu molekula - DNA.

Puno je sustava i mehanizama popravljanja koji postoje u različitim organizmima, među njima ima onih koji su specifični samo za popravak oštećenja jedne vrste, a ima i manje specifičnih. Zbog praktičnosti, svi trenutno poznati procesi popravka mogu se podijeliti u dvije kategorije: 1) oni koji ne zahtijevaju sudjelovanje replikacije i predstavljaju izravnu korekciju oštećenja DNA; 2) složeniji procesi tijekom kojih dolazi do replikacije popravka. Najbolje su proučeni mehanizmi popravka vezani uz popravak oštećenja uzrokovanih UV zračenjem – pirimidinski dimeri (slika 2.2).

Budući da su enzimi ovisni o UV svjetlu uključeni u najpoznatije procese popravljanja učinaka UV zračenja, mehanizmi popravka također se dijele na svjetlosni (koji se mogu provesti samo u vidljivom svjetlu) i tamni (koji ne zahtijeva sudjelovanje vidljivog svjetla) popravak.

Mehanizmi popravka za izravni popravak oštećenja uključuju dealkilaciju gvaninskih ostataka i monomerizaciju ciklobutan dimera između susjednih pirimidinskih baza. Dealkilacija ostataka metilgvanina odnosi se na popravak tamne boje i događa se uz sudjelovanje enzima prisutnih u bakterijskim stanicama i njegujući ih. O6-metilgvanin-DNA-alkil-transferaza katalizira prijenos alkilnih skupina na sulfhidrilne skupine cisteinskih ostataka enzima (slika 2.3).

Pritom dolazi do cijepanja dimera između pirimidinskih nukleotida fotoreaktivacija- obnova strukture DNK molekula oštećenih UV zračenjem kao rezultat naknadnog izlaganja vidljivom svjetlu (svjetlosni popravak). Poznata je neenzimska kratkovalna fotoreaktivacija, koja se sastoji u monomerizaciji dimera pod djelovanjem ultraljubičastog zračenja valne duljine od 240 nm, kao i enzimska fotoreaktivacija. Potonje se obično shvaća kao sama fotoreaktivacija. Ovaj proces zahtijeva sudjelovanje vidljive svjetlosti valne duljine 300-600 nm i odvija se pod djelovanjem specifičnih fotoreaktivirajućih enzima (deoksiribopirimidin fotoliaza). Dimeri pirimidinskih baza služe kao supstrat za fotoliazu s kojom ona tvori kompleks (enzim se ne veže za intaktnu DNA). Koristeći energiju apsorbirane svjetlosti, enzim uništava dimer bez prekidanja lanaca DNK (slika 2.4).

Fenomen fotoreaktivacije vrlo je raširen u prirodi i pronađen je čak i kod tako primitivnih mikroorganizama kao što su mikoplazme. Fotoreaktivirajući enzimi pronađeni su u nekim višim biljkama i životinjama te u svim istraživanim bakterijama, s izuzetkom Deinococcus radiodurans, koji je, međutim, iznimno otporan na UV svjetlo: te bakterije podnose doze 1000 puta veće od onih koje ubijaju E. coli . U potpunom nedostatku sposobnosti fotoreaktivacije, D. radiodurans ima moćan sustav popravka ekscizijom.

Događaji popravka povezani sa zamjenom iskrivljenih regija ne zahtijevaju sudjelovanje vidljive svjetlosti iu njima, osim ostalih enzima, važnu ulogu imaju dvije vrste nukleaza: egzo- i endonukleaze. Egzonukleaze cijepaju DNA počevši od krajeva niti, dok endonukleaze napadaju niti u unutarnjim dijelovima, stvarajući jednolančane prekide u DNA. U nizu različitih tipova popravka povezanih s reparativnom sintezom DNA, mogu se razlikovati dva glavna: ekscizijski I postreplikativni reparacija.

ekscizijski popravak. Posebnost popravka ekscizijom je uklanjanje oštećene regije DNK. Ova vrsta popravka nije tako specifična s obzirom na oštećenje DNK kao fotoreaktivacija, a može se koristiti za popravak ne samo pirimidinskih dimera, već i mnogih drugih promjena u strukturi DNK. Popravak ekscizijom (Sl. 2.5, A) proces je u više faza i uključuje sljedeće događaje:

1) prepoznavanje oštećenja u DNA, koje provode specifične endonukleaze koje također obavljaju sljedeću fazu;

2) rez jednog lanca DNK u blizini oštećenja - rez(provode endonukleaze);

3) uklanjanje skupine nukleotida zajedno s oštećenjem - ekscizija(provode egzonukleaze);

4) Resinteza DNA – popunjavanje nastale praznine (aktivnost DNA polimeraze);

5) obnova kontinuiteta popravljenog lanca zbog stvaranja kovalentnih veza šećerno-fosfatne okosnice molekule.

Mehanizam popravka ekscizijom najbolje se proučava na primjeru tamnog uklanjanja pirimidinskih dimera iz DNK E. coli ozračene UV-om. U stanicama E. coli za taj su proces odgovorni geni uvrA-D (kodiraju strukturu enzima koji dimerom izrezuju dio lanca DNA), kao i polA (određuje strukturu DNA polimeraze I, koja vrši reparativnu sintezu DNA). Značajka ove metode popravka ekscizije je stvaranje jednolančanih rezova na obje strane dimera timina.

Neki organizmi za popravak oštećenja, uključujući i ona povezana s stvaranjem dimera timina, koriste drugu vrstu ekscizijskog popravka, koji uključuje sudjelovanje posebnog enzima, N-glikozilaze, u procesu. U ovom slučaju, prvi reparativni događaj je cijepanje glikozidne veze između oštećene baze (na primjer, jedan od timina u dimeru, N-alkiliranog purina itd.) i deoksiriboze. Dakle, postoji lokal apurinizacija, ili apirimidinacija; nastaje takozvano AP mjesto, koje prepoznaje AP-specifična endonukleaza, koja cijepa fosfodiestersku vezu u blizini AP mjesta. Praznina se zatim popunjava konvencionalnom reparativnom sintezom.

U bakterijskim i eukariotskim stanicama pronađen je niz različitih N-glikozilaza. Na primjer, uracil-DNA glikozilaza prepoznaje neusklađeni dG/dU par koji je rezultat spontane deaminacije deoksicitozinskog ostatka iz dG/dC para. Deaminacija citozina može dovesti do stvaranja mutantnog para nukleotida dA/dT tijekom replikacije, budući da se uracil ponaša slično timinu u smislu vezivanja vodika. Još jedan široko rasprostranjen enzim ovog tipa je pirimidin dimer-N-glikozilaza, koja stvara apirimidinsko mjesto u popravku oštećenja povezanih s stvaranjem pirimidinskih dimera.

Mjesta na kojima je došlo do depurinacije ili depirimidinizacije cijepaju se enzimima AP (apurinska i apirimidinska) endonukleaza. Postoji mnogo različitih AP endonukleaza u pro- i eukariotskim stanicama. Neki od njih zarezuju lanac sa 3' strane AP mjesta, dok drugi cijepaju diestersku vezu sa 5' strane; u oba slučaja, nastaju 3'-hidroksilni i 5'-fosforilni krajevi. To omogućuje egzonukleazi da ukloni susjedne ostatke s obje strane reza zajedno s ozljedom.

Različite varijante ekscizijskog popravka raširene su u pro- i eukariotskim organizmima, uključujući sisavce. Povrede procesa ekscizijskog popravka mogu dovesti do dramatičnih posljedica. Dakle, kod ljudi je poznata nasljedna bolest - pigmentna kseroderma, čiji su glavni simptomi povećana osjetljivost na sunčevu svjetlost, što dovodi do razvoja raka kože. Utvrđeno je da su ti pacijenti imali različite nedostatke u ekscizijskom popravku.

Postreplikacijski popravak. Ova vrsta popravka zahtijeva sudjelovanje genskih proizvoda koji su također uključeni u događaje rekombinacije (rec geni) i ne provodi se u stanicama rec mutanata; stoga se naziva i rekombinacijski popravak. Rekombinantni postreplikacijski popravak temelji se na procesima replikacije i rekombinacije oštećene DNA; najmanje je specifičan od svih razmatranih tipova popravka, budući da mu nedostaje faza prepoznavanja oštećenja. Ovo je prilično brza metoda oporavka. domaći strukture DNA u kćerkim (novosintetiziranim) lancima: pokazalo se da do popravka dolazi već u prvim minutama nakon zračenja. Značajka ovog procesa je očuvanje oštećenja u izvornim (majčinskim) lancima (slika 2.5, B).

Uz brzi, postoji i spori postreplikacijski popravak, koji zahtijeva nekoliko sati. Proizvodi ga sustav enzima koji je odsutan u neozračenim stanicama i koji je induciran zračenjem. Taj se mehanizam naziva SOS reparacija. Njegova iznenađujuća razlika je značajno povećanje učestalosti mutacija, unatoč činjenici da je DNK već oštećen. To može biti zbog upotrebe oštećenog DNK lanca kao predloška.

Postreplikacijski popravak postoji ne samo u bakterijama, već iu eukariotskim stanicama, uključujući sisavce.

Sinteza DNK odvija se polukonzervativnim mehanizmom: svaki lanac DNK se kopira. Sinteza se odvija u dijelovima. Postoji sustav koji otklanja greške u reduplikaciji DNK (fotoreparacija, prereproduktivna i postreproduktivna popravka). Proces reparacije je vrlo dug, do 20 sati i kompliciran. Enzimi - restrikcijski enzimi izrezuju neodgovarajući dio DNK i ponovno ga dovršavaju. Popravci nikada ne idu sa 100% učinkovitošću, a da je tako, evolucijske varijabilnosti ne bi bilo. Mehanizam popravka temelji se na prisutnosti dvaju komplementarnih lanaca u molekuli DNA. Iskrivljenje nukleotidnog slijeda u jednom od njih otkrivaju specifični enzimi. Zatim se odgovarajuće mjesto uklanja i zamjenjuje novim, sintetiziranim na drugom komplementarnom lancu DNK. Ova reparacija se zove ekscizijski, oni. s izrezom. Provodi se prije sljedećeg ciklusa replikacije, pa se tako i naziva predreplikacijski. U slučaju da sustav ekscizijskog popravka ne ispravi promjenu koja je nastala u jednom lancu DNK, ta se promjena popravlja tijekom replikacije i postaje vlasništvo oba lanca DNK. To dovodi do zamjene jednog para komplementarnih nukleotida drugim ili do pojave prekida u novosintetiziranom lancu prema promijenjenim mjestima. Obnavljanje normalne strukture DNK također se može dogoditi nakon replikacije. Naknada štete nakon odgovora provodi se rekombinacijom između dva novoformirana dvostruka lanca DNA. Tijekom predreplikativnog i postreplikativnog popravka, većina oštećene strukture DNK se obnavlja. Ako u stanici, unatoč popravku koji je u tijeku, količina oštećenja ostaje visoka, procesi replikacije DNK u njoj su blokirani. Takva se stanica ne dijeli.

19. Gen, njegova svojstva. Genetski kod, njegova svojstva. Struktura i vrste RNA. Obrada, spajanje. Uloga RNA u procesu realizacije nasljedne informacije.

Gen - dio molekule DNA koji nosi informaciju o strukturi polipeptidnog lanca ili makromolekule. Geni jednog kromosoma raspoređeni su linearno, tvoreći vezu. DNK u kromosomu obavlja različite funkcije. Postoje različite sekvence gena, postoje sekvence gena koji kontroliraju ekspresiju gena, replikaciju itd. Postoje geni koji sadrže informacije o strukturi polipeptidnog lanca, u konačnici strukturnih proteina. Takvi nizovi nukleotida dugi jedan gen nazivaju se strukturni geni. Geni koji određuju mjesto, vrijeme, trajanje uključivanja strukturnih gena su regulatorni geni.

Geni su male veličine, iako se sastoje od tisuća parova baza. Prisutnost gena utvrđuje se manifestacijom svojstva gena (konačni produkt). Opću shemu strukture genetskog aparata i njegovog rada predložio je 1961. Jacob, Monod. Predložili su da postoji dio molekule DNK sa skupinom strukturnih gena. Uz ovu skupinu nalazi se mjesto od 200 bp, promotor (mjesto spajanja DNA-ovisne RNA polimeraze). Operatorski gen se nadovezuje na ovo mjesto. Ime cijelog sustava je operon. Regulaciju provodi regulatorni gen. Kao rezultat, represorski protein stupa u interakciju s operatorskim genom, a operon počinje djelovati. Supstrat stupa u interakciju s regulatorima gena, operon je blokiran. Načelo povratne veze. Ekspresija operona je uključena u cjelini.

U eukariota ekspresija gena nije proučavana. Razlog su ozbiljne prepreke:

Organizacija genetskog materijala u obliku kromosoma

U višestaničnim organizmima stanice su specijalizirane i stoga su neki geni isključeni.

Prisutnost histonskih proteina, dok prokarioti imaju "golu" DNA.

DNK je makromolekula, ne može iz jezgre ući u citoplazmu i prenijeti informacije. Sinteza proteina moguća je zahvaljujući mRNA. U eukariotskoj stanici transkripcija se događa ogromnom brzinom. Prvo se pojavljuje pro-i-RNA ili pre-i-RNA. To se objašnjava činjenicom da u eukariota mRNA nastaje kao rezultat obrade (sazrijevanja). Gen ima diskontinuiranu strukturu. Kodirajuća područja su egzoni, a nekodirajuća područja su introni. Gen u eukariotskim organizmima ima strukturu egzon-intron. Intron je duži od egzona. U procesu obrade dolazi do "izrezivanja" introna - spajanja. Nakon formiranja zrele mRNA, nakon interakcije s posebnim proteinom, prelazi u sustav - informosom, koji prenosi informacije u citoplazmu. Sada su sustavi egzon-intron dobro proučeni (na primjer, onkogen - P-53). Ponekad su introni jednog gena egzoni drugog, tada spajanje nije moguće. Obrada i spajanje mogu spojiti strukture koje su udaljene jedna od druge u jedan gen, pa su od velike evolucijske važnosti. Takvi procesi pojednostavljuju specijaciju. Proteini imaju blok strukturu. Na primjer, enzim je DNA polimeraza. To je kontinuirani polipeptidni lanac. Sastoji se od vlastite DNA polimeraze i endonukleaze, koja cijepa DNA molekulu s kraja. Enzim se sastoji od 2 domene koje tvore 2 neovisne kompaktne čestice povezane polipeptidnim mostom. Na granici između dva enzimska gena nalazi se intron. Nekada su domene bile odvojeni geni, a onda su se približile. Kršenje takve strukture gena dovodi do genskih bolesti. Povreda strukture introna je fenotipski neprimjetna, povreda sekvence egzona dovodi do mutacije (mutacija globinskih gena).

10-15% RNK u stanici je prijenosna RNK. Postoje komplementarne regije. Postoji poseban triplet – antikodon, triplet koji nema komplementarne nukleotide – GHC. Interakcija 2 podjedinice ribosoma i mRNA dovodi do inicijacije. Postoje 2 mjesta - pektidil i aminoacil. Odgovaraju aminokiselinama. Sinteza polipeptida odvija se korak po korak. Elongacija – proces izgradnje polipeptidnog lanca se nastavlja sve dok ne dođe do besmislenog kodona, tada dolazi do prekida. Sinteza polipeptida završava, koji zatim ulazi u ER kanale. Podjedinice se odvajaju. U stanici se sintetiziraju različite količine proteina.