Վերականգնման և վերանորոգման փուլ. Վերանորոգում

ԴՆԹ վերականգնում- սա դրա վերանորոգումն է, այսինքն՝ մոլեկուլի կառուցվածքում առաջացած սխալների ուղղումը։ «Վերականգնում» բառը գալիս է անգլերեն «վերանորոգում» բառից, որը թարգմանվում է որպես «վերանորոգում», «վերանորոգում» և այլն:

ԴՆԹ-ի կառուցվածքի սխալները, որոնք ամենից հաճախ կարելի է վերանորոգել, նշանակում են նուկլեոտիդների հաջորդականության խախտում՝ կառուցվածքային միավորներ, որոնք կազմում են ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր շարանը: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը բաղկացած է երկու շղթայից, որոնք փոխլրացնում են միմյանց: Սա նշանակում է, որ եթե սխեմաներից մեկում վնաս է լինում, ապա երկրորդ չվնասված շղթայի միջոցով հնարավոր է վերականգնել առաջինի վնասված հատվածը։ Բացի այդ, էուկարիոտիկ բջիջներում յուրաքանչյուր քրոմոսոմ հոմոլոգ է, այսինքն՝ պարունակում է գեների նույն խումբը (բայց ոչ ալելներ): Ծայրահեղ դեպքերում, երբ մոլեկուլի երկու շղթաների հատվածը վնասված է, այն կարող է պատճենվել հոմոլոգ քրոմոսոմից: Բացի այդ, բջջային ցիկլի S-փուլից հետո, երբ տեղի է ունեցել վերարտադրություն (ինքնապատճենում), յուրաքանչյուր քրոմոսոմ բաղկացած է երկու երկկողմանի քրոմատիդներից, որոնք նույնական են միմյանց, այսինքն, ըստ էության, երկու նույնական ԴՆԹ մոլեկուլներից: Սա կարող է օգտագործվել նաև վնասված մոլեկուլի սկզբնական կառուցվածքը վերականգնելու համար:

Էվոլյուցիայի ընթացքում ի հայտ են եկել բազմաթիվ տարբեր բջջային մոլեկուլային մեխանիզմներ, որոնք պատասխանատու են ԴՆԹ-ի վերականգնման համար: Դրանք հիմնականում տարբեր ֆերմենտներ են և դրանց բարդույթները։ Նրանցից ոմանք ներգրավված են նաև վերարտադրության մեջ: Հատկապես վտանգավոր է գեների վնասումը, որոնք կոդավորում են նման ֆերմենտները։ Սա հանգեցնում է այս կամ այն ​​վերանորոգման մեխանիզմի կորստի: Այս դեպքում բջիջներում տեղի է ունենում վնասների և մուտացիաների ավելի արագ կուտակում։ Սա հաճախ առաջացնում է անվերահսկելի բաժանվող բջիջների տեսք, այսինքն՝ ուռուցքների առաջացում։

Մյուս կողմից, եթե ԴՆԹ-ի վնասը հատկապես ծանր է, ապա բջիջներում ակտիվանում է ինքնաոչնչացման մեխանիզմը ( ապոպտոզ). Այսպիսով, նման բջիջներին թույլ չեն տալիս բաժանվել, ինչը նշանակում է, որ հաջորդ սերունդը չի պարունակի ԴՆԹ-ի զգալի վնաս:

ԴՆԹ-ի կառուցվածքում սխալներ կարող են առաջանալ նրա գոյության տարբեր փուլերում (սինթեզի ժամանակ, նախասինթեզային և հետսինթեզային ժամանակաշրջաններում), տարբեր պատճառներով (պատահաբար, քիմիական ակտիվ նյութերի, ճառագայթման և այլնի ազդեցության տակ): Նաև փոփոխությունները կարող են տարբեր լինել (նուկլեոտիդի քիմիական խմբի կորուստ կամ լրացուցիչի ավելացում, նուկլեոտիդի փոխարինում մյուսով, քիմիական կապի ստեղծում երկու հարևան նուկլեոտիդների միջև, շղթայի ընդմիջում, հատվածի կորուստ և այլն): . Նման բազմազանության պատճառով դժվար է դասակարգել վերանորոգման մեխանիզմները: Նրանք հաճախ բաժանվում են նրանց, որոնք տեղի են ունենում վերարտադրության ժամանակ, վերարտադրումից անմիջապես հետո և բջջի մնացած կյանքի ցիկլի ընթացքում: ԴՆԹ-ի կառուցվածքի և վերականգնման մեթոդների փոփոխությունների առավել ուսումնասիրված պատճառները թվարկված են ստորև:

Պետք է նկատի ունենալ, որ ոչ բոլոր սխալներն են ուղղվում, և ոչ կրիտիկական սխալները կարող են փոխանցվել հաջորդ սերնդի բջիջներին և օրգանիզմներին: Դրանք չեն կարող անվանվել վնաս, այլ ավելի շուտ մուտացիաներ: Մուտացիաների մեծ մասը վնասակար է, բայց նրանք, որոնք չեզոք են կամ շահավետ են տվյալ միջավայրի պայմաններում, նյութ են ապահովում էվոլյուցիայի համար: Այսպիսով, ԴՆԹ-ի վերականգնման մեխանիզմների անկատարությունը ապահովել է մեր մոլորակի կյանքի բազմազանությունը։

Նուկլեոտիդային հաջորդականության շտկում կրկնօրինակման ժամանակ

ԴՆԹ պոլիմերազները կատարում են ԴՆԹ-ի վերարտադրության աշխատանքի հիմնական մասը՝ նուկլեոտիդ առ նուկլեոտիդ ավելացնելով նոր շղթային: Բացի հիմնական գործառույթից, շատ պոլիմերազներ կարող են հեռացնել վերջին նուկլեոտիդը, որը սխալ կցված է, այսինքն՝ մեկը, որը չի լրացնում կաղապարի շղթայի նուկլեոտիդը:

Նուկլեոտիդների քիմիական կառուցվածքը կարող է մի փոքր փոփոխվել։ Միևնույն ժամանակ, նրանք սկսում են կապվել ջրածնային կապերի հետ, ոչ թե իրենց փոխլրացնող գործընկերների հետ։ Օրինակ, ցիտոսինը պետք է կապվի գուանինին։ Բայց դրա փոփոխված ձևը ջրածնային կապեր է ստեղծում ադենինի հետ, որի հետ տիմինը պետք է կապեր։

Երբ ԴՆԹ-ի նոր շղթան սինթեզվում է, հաջորդ նուկլեոտիդը նախ ջրածնային կապերով կապվում է կաղապարի լրացուցիչ հիմքին։ Այնուհետև պոլիմերազը կապում է այն աճող շղթայի ծայրին կովալենտային կապով:
Այնուամենայնիվ, եթե դա մոդիֆիկացված նուկլեոտիդ էր, որը ոչ պատշաճ կերպով կապված էր մայր շղթայի լրացուցիչ հիմքի հետ, ապա այն սովորաբար արագ վերադառնում է իր սկզբնական ձևին և դառնում ոչ կոմպլեմենտար: Ջրածնային կապերը կոտրվում են՝ թողնելով նոր շղթայի վերջը ազատ կախված նուկլեոտիդով, որը կովալենտորեն կապված է սինթեզվող շղթայի հետ։

Այս դեպքում ԴՆԹ պոլիմերազը չի կարող կցել հաջորդ նուկլեոտիդը, և նրան այլ բան չի մնում, քան հեռացնել այս սխալ նուկլեոտիդը։

Եթե ​​ջրածնային կապերը չխախտվեն, ապա շղթան կշարունակի աճել սխալ նուկլեոտիդից այն կողմ, և կետային մուտացիան կպահպանվի: Այն կարող է վերացվել կրկնօրինակումից հետո:

Վերանորոգումը կրկնելուց անմիջապես հետո

ԴՆԹ-ի նոր շղթան սինթեզելուց հետո որոշ ֆերմենտային համալիրներ ճանաչում են սխալ հիմքերը: Այս դեպքում ԴՆԹ-ի մոլեկուլի նոր ու հին շղթաները որոշելու խնդիր կա։ Նորն առանձնանում է մեթիլացված հիմքերի բացակայությամբ, իսկ էուկարիոտների մոտ՝ ժամանակավոր ընդմիջումների առկայությամբ։ Այս բնութագրերի հիման վրա ֆերմենտային համալիրները նույնացնում են նոր սինթեզված շղթան: Այսպիսով, ոչ կոմպլեմենտար հիմքերի զույգերում «սխալը» նոր շղթայի նուկլեոտիդն է։

Սխալը հայտնաբերելուց հետո այլ ֆերմենտներ կտրում են ԴՆԹ-ի ամբողջ հատվածը, որը պարունակում է ոչ ճիշտ հիմք, այլ ոչ թե մեկ նուկլեոտիդ: Դրանից հետո պոլիմերազը վերակառուցում է այս հատվածը, իսկ լիգազան այն խաչաձև կապում է մնացած շղթայի հետ: Այս մեխանիզմը, երբ ԴՆԹ-ի մի կտոր կտրվում և նորից սինթեզվում է, կոչվում է էքսցիայի վերանորոգում(excision բառից՝ կտրում, կտրում), այն բավականին ունիվերսալ է և օգտագործվում է վերանորոգման շատ դեպքերում, և ոչ միայն ԴՆԹ-ի «ստուգման» ժամանակ անմիջապես վերարտադրումից հետո։

ԴՆԹ-ի վնասների վերականգնման մեխանիզմներ

Օրգանիզմի ԴՆԹ-ն կարող է փոխվել ոչ միայն վերարտադրության ժամանակ սխալների պատճառով։ Բջիջը ապրում է, ենթարկվում է անբարենպաստ արտաքին գործոնների, նրա ներքին կենսաքիմիական միջավայրը կարող է փոխվել՝ առաջացնելով ԴՆԹ-ի համար վնասակար ռեակցիաներ։ Արդյունքում գենետիկ նյութն այս կամ այն ​​կերպ վնասվում է։ Կախված վնասի տեսակից և դրա մասշտաբներից՝ ակտիվանում են վերականգնողական տարբեր մեխանիզմներ՝ ներառելով մի փոքր տարբեր ֆերմենտային համալիրներ:

1. Կան ֆերմենտներ, որոնք հակադարձում են նուկլեոտիդային փոփոխությունները տեղում՝ առանց ԴՆԹ-ի հատվածները հեռացնելու: Այսինքն, եթե գուանին (G) բազային պարունակող շղթայում եղել է նուկլեոտիդ, որը քիմիական ռեակցիայի արդյունքում միացրել է մեթիլ խումբը և դարձել մեթիլգուանին, ապա ֆերմենտը այն նորից կվերածի գուանինի։ Հիմնականում ԴՆԹ-ի նման վերանորոգումը վերաբերում է ատոմների որոշակի խմբերի կցմանը և անջատմանը։

2. Պուրինային հիմքերի կորստի դեպքում կարող է առաջանալ էքսցիայի վերականգնում։ Դեամինացիայի և հիմքերի որոշ այլ կառուցվածքային փոփոխությունների դեպքում գլիկոզիլազային ֆերմենտները ակցիզացնում են միայն վնասված նուկլեոտիդային բազան։ Եվ միայն սրանից հետո է շարունակվում ստանդարտ էքսցիզիոն վերանորոգումը:

3. Մի հատված է կտրվում նաեւ դիմերների առաջացման ժամանակ, երբ միմյանց միացված են երկու հարեւան նուկլեոտիդներ։ Որպես կանոն, նման ռեակցիաները տեղի են ունենում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների ազդեցության արդյունքում: Դիմերի ձևավորումը հրահրում է այս և մոտակա տարածքներում ԴՆԹ-ի փոխլրացնող շղթաների տարբերությունը: Ձևավորվում է պղպջակ, որը ճանաչվում է ֆերմենտների կողմից։ Այնուհետև սկսվում է էկզիայի վերանորոգումը:

4. ԴՆԹ-ի մոլեկուլների այնպիսի ծանր վնաս կա, երբ նրա երկու շղթաների կառուցվածքը նույն տեղում խախտվում է։ Այս դեպքում, փոխլրացման սկզբունքի համաձայն, այլեւս հնարավոր չէ վերականգնել մի շղթան մյուսից։ Նման վնասների օրինակներից մեկն է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի երկու մասի բաժանումը, օրինակ՝ ուժեղ ռադիոակտիվ ճառագայթման ազդեցության պատճառով:

Եթե ​​ԴՆԹ-ի մոլեկուլի երկու շղթաները վնասված են, ապա ռեկոմբինատիվ վերականգնումը կարող է օգնության հասնել, երբ վնասված հատվածի փոխարեն տեղադրվի հոմոլոգ քրոմոսոմից կամ քույր քրոմատիդից հատված: Ընդմիջման դեպքում կան նաև ֆերմենտներ, որոնք կարող են նորից կապել ԴՆԹ-ի կոտրված կտորը։ Այնուամենայնիվ, որոշ նուկլեոտիդներ կարող են կորցնել, ինչն իր հերթին կարող է հանգեցնել լուրջ մուտացիաների:

Բջջային ցիկլի նախասինթետիկ ժամանակահատվածում ռեկոմբինատիվ վերականգնումը կարող է տեղի ունենալ միայն հոմոլոգ քրոմոսոմների միջև, քանի որ յուրաքանչյուր քրոմոսոմ այս ժամանակահատվածում բաղկացած է միայն մեկ քրոմատիդից: Հետսինթետիկ ժամանակահատվածում, երբ քրոմոսոմները բաղկացած են երկու միանման քրոմատիդներից, շրջանը կարող է փոխառվել քույր քրոմատիդից։

Պետք է ընդգծել, որ քույր քրոմատիդներն ունեն ալելների ի սկզբանե նույնական շարք (եթե խաչմերուկ չի եղել): Հոմոլոգ քրոմոսոմները չեն: Այսպիսով, իրական ռեկոմբինացիա գենետիկական տեսանկյունից տեղի է ունենում միայն հոմոլոգ քրոմոսոմների միջև փոխանակման դեպքում։ Չնայած այստեղ երկու դեպքում էլ խոսքը ռեկոմբինացիայի մասին է։

Դիտարկենք այս օրինակը։ Ենթադրենք, ԴՆԹ-ում առաջացել է տիմինի դիմեր, որը չի վերականգնվել մինչև վերարտադրությունը: Վերարտադրման գործընթացում սկզբնական ԴՆԹ-ի մոլեկուլի շղթաները տարբերվում են, և յուրաքանչյուրի վրա կառուցվում է նոր լրացուցիչ շղթա: Կաղապարի շղթայի վրա, որը պարունակում է տիմինի դիմեր, այս տարածաշրջանում չի կարող կառուցվել նոր շղթայի հատված: Այս պահին պարզապես նորմալ օրինաչափություն չկա: Դուստր թելի մեջ բաց է հայտնվում, իսկ մայր թելի մեջ մնում է դիմեր։ Այսինքն՝ ԴՆԹ-ի այս մոլեկուլը «չգիտի», թե որն է տարածաշրջանի ճիշտ նուկլեոտիդային հաջորդականությունը։

Այս դեպքում միակ ելքը ԴՆԹ-ի կտոր վերցնելն է մեկ այլ քրոմատիդից: Նրան տանում են նրա շղթաներից մեկից։ Այստեղ ձևավորված բացը կառուցված է ըստ լրացուցիչ շղթայի ձևանմուշի։ Վնասված մոլեկուլի վրա փոխանցված տեղը լրացնում է դուստր շղթայի բացը, որը կշարունակի պարունակել դիմեր, որը հետագայում կարող է վերականգնվել:

Ապահովում է գենետիկական նյութի ինքնակրկնօրինակում։ Միևնույն ժամանակ, կոմպլեմենտարության սկզբունքի շնորհիվ դուստր շղթայի նուկլեոտիդային հաջորդականությունները կաղապարայինին համապատասխանեցնելու ճշգրտությունը շատ բարձր է։ Բացի այդ, ԴՆԹ-ն բավականին քիմիապես իներտ նյութ է, որն ապահովում է դրա ավելի մեծ կայունությունը՝ համեմատած, օրինակ, ՌՆԹ-ի հետ։ Այնուամենայնիվ, դա բավարար չէ, քանի որ ԴՆԹ-ն դեռ կարող է վնասվել արտաքին ազդեցություններից, և սխալներ կարող են առաջանալ նաև վերարտադրության փուլում: Հետևաբար, բջիջները պետք է ունենան մեխանիզմներ՝ շտկելու վնասը և սինթեզի սխալները, այսինքն՝ իրականացնել ԴՆԹ վերականգնում.

Կան մի շարք վերականգնման մեխանիզմներ, որոնք իրականացվում են ԴՆԹ սինթեզի տարբեր փուլերում, ինչպես նաև կախված տեղի ունեցող սխալների տեսակից:

Վերականգնման մեխանիզմները միասին զգալիորեն նվազեցնում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլների սխալների հաճախականությունը և ուղղված են ժառանգական նյութի կայունության պահպանմանը: Այնուամենայնիվ, քանի որ ԴՆԹ-ի կառուցվածքում ոչ բոլոր փոփոխություններն են վերացվում, տեղի են ունենում մուտացիաներ, որոնց շնորհիվ Երկրի վրա առաջացել են մի շարք կենդանի օրգանիզմներ։

ԴՆԹ պոլիմերազի հետ կապված սխալների վերացում

Նախևառաջ, ԴՆԹ-ի պոլիմերազն ինքը, ԴՆԹ-ի նոր շղթան աճեցնելիս, ստուգում է, թե արդյոք ճիշտ նուկլեոտիդը կցված է աճող շղթային:

Կան ազոտային հիմքերի փոփոխված ձևեր, որոնք կարող են փոխլրորեն կապվել կաղապարային նուկլեոտիդների հետ։ Այս կերպ ցիտոզինի փոփոխված ձևը կարող է կապվել ադենինին: Պոլիմերազը այս վերջնական նուկլեոտիդը կկցնի աճող շղթային, բայց այն արագ կվերածվի իր նորմալ ձևի՝ կդառնա սովորական ցիտոսին։ Այս դեպքում քայքայվում են ջրածնային կապերը (քանի որ կոմպլեմենտարությունը խզվում է), իսկ վերջում ստացվում է չզույգացված նուկլեոտիդ, բայց կովալենտորեն կապված սինթեզված շղթային։ Պոլիմերազը չի կարող ավելի երկարացնել շղթան: Ինքը՝ պոլիմերազը կամ դրա հետ կապված ֆերմենտը էնդոնուկլեազի խմբագրումկտրել վերջին «սխալ» նուկլեոտիդը:

Ինքնուղղման այս մեխանիզմի արդյունքում կրկնօրինակման սխալների հաճախականությունը կրճատվում է 10 անգամ։ Եթե ​​ԴՆԹ-ի սինթեզի փուլում սխալ նուկլեոտիդի ավելացումը 10 -5 է, ապա պոլիմերազի վերականգնողական ակտիվությունը նրանց թիվը նվազեցնում է մինչև 10 -6։

Փոխհատուցման մեխանիզմներ

ԴՆԹ պոլիմերազը շտկում է կրկնօրինակման որոշ սխալներ, բայց ոչ բոլորը: Բացի այդ, ԴՆԹ-ի նուկլեոտիդների հաջորդականության փոփոխությունները տեղի են ունենում նաև ԴՆԹ-ի կրկնապատկումից հետո։ Այսպես կարող են կորցնել պուրինային հիմքերը (ադենին և գուանին), իսկ ցիտոսինը՝ դեամինացված՝ վերածվելով ուրացիլի։ Այս և այլ փոփոխությունները սովորաբար տեղի են ունենում քրոմոսոմը շրջապատող միջավայրում պարունակվող որոշակի քիմիական ակտիվ նյութերի պատճառով: Մի շարք նման միացություններ խախտում են հիմքերի նորմալ զուգավորումը: Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ տիմինի երկու հարեւան մնացորդները կարող են կապեր ստեղծել միմյանց հետ, առաջանում են տիմինի դիմերներ։

Գոյություն ունի ուղղակի փոխհատուցում, երբ, հնարավորության դեպքում, նուկլեոտիդների սկզբնական կառուցվածքը ֆերմենտային կերպով վերականգնվում է առանց էքսցիայի։

Կտրվածքի վերանորոգում

Էքցիզիան կամ նախնական վերարտադրողական վերանորոգումը տեղի է ունենում կրկնօրինակման հաջորդ ցիկլից առաջ:

Գոյություն ունի ֆերմենտների դաս, որոնք հայտնաբերում են փոփոխված նուկլեոտիդային հաջորդականությունները ԴՆԹ-ի կոմպլեմենտար շղթաներից մեկում։ Սրանից հետո սխալ հատվածը հանվում է և փոխարինվում նոր սինթեզվածով։ Այս դեպքում մատրիցը լրացնող «ճիշտ» թելի մի հատված է:

Վերականգնող ֆերմենտները սովորաբար սխալներ են հայտնաբերում ոչ թե կաղապարի, այլ ԴՆԹ-ի նոր շղթայի վրա: Միևնույն ԴՆԹ-ի մոլեկուլի երկու շղթաների միջև մի փոքր տարբերություն կա ազոտային հիմքերի մեթիլացման աստիճանի առումով: Դուստր շղթայում այն ​​հետ է մնում սինթեզից։ Ֆերմենտները ճանաչում են նման շղթան և հենց դրա վրա են ուղղում այն ​​հատվածները, որոնք այս կամ այն ​​կերպ չեն լրացնում հին շղթայի հատվածները: Բացի այդ, որպես ազդանշան կարող են ծառայել թելքի ճեղքերը, որոնք էուկարիոտներում սինթեզվում են բեկորներով։

Ֆերմենտ էնդոնուկլեազի վիճակի է հայտնաբերել պուրինային հիմքերի կորուստը: Այս ֆերմենտը խախտում է ֆոսֆոեստերային կապը վնասի տեղում: Հաջորդը գալիս է ֆերմենտը էկզոնուկլեազ, որը հեռացնում է սխալը պարունակող բաժինը։ Դրանից հետո անցքը կառուցվում է ըստ մատրիցայի փոխլրացման:

ԴՆԹ գլիկոզիլազներ- ֆերմենտների մի ամբողջ դաս, որոնք ճանաչում են ԴՆԹ-ի վնասը նրա հիմքերի դեամինացիայի, ալկիլացման և այլ կառուցվածքային փոփոխությունների արդյունքում: Գլիկոզիլազները հեռացնում են հիմքերը, այլ ոչ թե նուկլեոտիդները: Դրանից հետո ԴՆԹ-ի շղթայի առանց հիմքերի հատվածները վերականգնվում են այնպես, ինչպես պուրինների «վերանորոգման» ժամանակ։

Հարկ է նշել, որ ազոտային հիմքերի դեամինացումը կարող է անհնարին դարձնել սկզբնական նուկլեոտիդային հաջորդականության վերականգնումը: Որոշ բազային զույգեր փոխարինվում են մյուսներով (օրինակ, C-G-ն կփոխարինվի T-A-ով):

Ֆերմենտները, որոնք հեռացնում են տիմինի դիմերներով տարածքները, չեն ճանաչում առանձին սխալ հիմքեր, այլ փոփոխված ԴՆԹ-ի ավելի երկար հատվածներ: Այստեղ էլ մի հատված հանվում է, իսկ տեղում սինթեզվում է նորը։ Բացի այդ, տիմինի դիմերները կարող են ինքնաբերաբար վերացվել լույսի ազդեցության տակ՝ այսպես կոչված. թեթեւ փոխհատուցում.

Հետվերարտադրողական վերանորոգում

Եթե ​​նախնական վերարտադրողական վերանորոգումը չի շտկում ԴՆԹ-ի փոփոխված հատվածները, ապա դրանք ամրագրվում են վերարտադրության ժամանակ: ԴՆԹ-ի դուստր մոլեկուլներից մեկը փոփոխություններ կպարունակի իր երկու շղթաներում: Դրանում որոշ զույգ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներ փոխարինվում են մյուսներով, կամ նոր սինթեզված շղթայում առաջանում են բացեր՝ կաղապարի փոխված հատվածների դիմաց։

Հետվերարտադրողական վերանորոգման համակարգը ունակ է ճանաչելու ԴՆԹ-ի նման փոփոխությունները: Այս փուլում ԴՆԹ-ի վնասի վերականգնումն իրականացվում է ԴՆԹ-ի երկու նոր մոլեկուլների միջև բեկորների փոխանակմամբ (այսինքն՝ ռեկոմբինացիա), որոնցից մեկը վնաս է պարունակում, մյուսը՝ ոչ։

Դա տեղի է ունենում տիմինի դիմերների դեպքում, որոնք չեն հեռացվել նախորդ քայլերում: Երկու հարակից թիմինների միջև կան կովալենտային կապեր։ Այդ պատճառով նրանք չեն կարողանում ջրածնային կապեր ստեղծել կովալենտային շղթայի հետ։ Արդյունքում, երբ թիմին դիմեր պարունակող կաղապարի շղթայի վրա դուստր շղթա է սինթեզվում, դրա մեջ բաց է առաջանում։ Այս ընդմիջումը ճանաչվում է վերականգնող ֆերմենտների կողմից: Հասկանալի է, որ ԴՆԹ-ի այս մոլեկուլը չունի ճիշտ հատված (մի շարանը պարունակում է թիմինի դիմեր, մյուսը՝ անցք): Հետևաբար, միակ ելքը «առողջ» մոլեկուլից ԴՆԹ-ի մի հատված վերցնելն է, որը վերցված է այս ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կաղապարից: Այստեղ հայտնված փոսը լրացվում է փոխլրացման սկզբունքով։

SOS համակարգ

ԴՆԹ-ի վնասների զգալի մասը վերականգնվում է նկարագրված վերականգնման մեխանիզմների միջոցով: Այնուամենայնիվ, եթե սխալները չափազանց շատ են, ապա այսպես կոչված SOS համակարգը սովորաբար միացված է, որը բաղկացած է ֆերմենտների իր խմբից, որոնք կարող են լրացնել անցքերը՝ պարտադիր կերպով չպահպանելով փոխլրացման սկզբունքը։ Ուստի SOS համակարգի ակտիվացումը հաճախ մուտացիաներ է առաջացնում։

Եթե ​​ԴՆԹ-ի փոփոխությունը չափազանց նշանակալի է, ապա վերարտադրությունը արգելափակվում է, և բջիջը չի բաժանվի:

Գենետիկական փոխհատուցում- հատուկ ֆերմենտների ազդեցության տակ կենդանի օրգանիզմների բջիջներում առաջացող գենետիկական վնասների վերացման և ժառանգական ապարատի վերականգնման գործընթացը. Բջիջների գենետիկ վնասը վերականգնելու ունակությունն առաջին անգամ բացահայտվել է 1949 թվականին ամերիկացի գենետիկ Ա.Քելների կողմից։ Հետագայում ուսումնասիրվել են ժառանգական նյութի վնասված հատվածները հեռացնելու տարբեր մեխանիզմներ, և պարզվել է, որ գենետիկական վերածնումն բնորոշ է բոլոր կենդանի օրգանիզմներին: Ըստ երևույթին, գենետիկական վնասը վերականգնելու ունակությունը հայտնվել է Երկրի վրա կյանքի զարգացման վաղ փուլերում և բարելավվել է կենդանի էակների էվոլյուցիայի հետ. վերականգնող ֆերմենտները առկա են բուսական և կենդանական աշխարհի ամենահին ներկայացուցիչներում: Մինչ օրս հայտնաբերվել են մեծ թվով մասնագիտացված վերականգնող ֆերմենտներ, ինչպես նաև գեներ (տես Գեն), որոնք վերահսկում են դրանց սինթեզը բջիջներում։ Ապացուցված է, որ այդ գեների փոփոխությունները մեծացնում են օրգանիզմի զգայունությունը անբարենպաստ և վնասակար գործոնների նկատմամբ, նպաստում են ժառանգական փոփոխությունների՝ մուտացիաների (տես Մուտագենեզ), հիվանդությունների առաջացմանը և վաղաժամ ծերացմանը։ Հաստատվել է, որ մարդու որոշ ժառանգական հիվանդություններ զարգանում են վերականգնող ֆերմենտների սինթեզի խանգարումների պատճառով։ Մանրամասն ուսումնասիրվել են գենետիկական վերականգնման երկու ձևեր՝ ֆոտոռեակտիվացում և մութ վերականգնում։

ՖոտովերակտիվացումԿելները, ուսումնասիրելով ճառագայթման կենսաբանական ազդեցությունը միկրոսկոպիկ սնկերի և բակտերիաների վրա փորձերի ժամանակ, պարզեց, որ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման նույն չափաբաժնի ազդեցության տակ գտնվող բջիջները շատ ավելի լավ են գոյատևում, եթե մթության մեջ ճառագայթումից հետո, դրանք տեղադրվում են բնականոն բնական լույսի պայմաններում։ Դրա հիման վրա առաջարկվեց, որ լույսը վերացնում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ առաջացող բջիջների գենետիկական կառուցվածքների որոշ վնասներ:

Գրեթե երկու տասնամյակ պահանջվեց Ա. Քելների կողմից հայտնաբերված ֆոտոռեակտիվացման էֆեկտը վերծանելու համար: Պարզվել է, որ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը հատկություն ունի խաթարելու դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլների կառուցվածքը (կրճատ՝ ԴՆԹ - տես Նուկլեինաթթուներ), որոնք կրում են գենետիկական տեղեկատվություն։ ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է չորս տեսակի, այսպես կոչված, ազոտային հիմքեր՝ ադենին, գուանին, ցիտոսին և թիմին, և բաղկացած է պարույրի մեջ ոլորված երկու շղթայից: Հաճախ, մեկ թելի մեջ, նույնական հիմքերը տեղադրված են միմյանց կողքին: Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ քիմիական կապերը կոտրվում են որոշ ազոտային հիմքերում և, եթե դա տեղի ունենա, օրինակ, մոտակա տիմինային հիմքերում, դրանք միանում են միմյանց հետ՝ ձևավորելով այսպես կոչված տիմինային դիմեր։ Թիմինի դիմերները կտրուկ խախտում են ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի կառուցվածքը, ինչի արդյունքում փոխվում է գենետիկ գրառման նշանակությունը, ինչը հանգեցնում է կա՛մ ժառանգական արատների, որոնք հետագայում փոխանցվում են ժառանգներին, կա՛մ բջիջների մահվան: Այս վնասները «բուժելու» և վերացնելու համար որոշ բջիջներ ունեն հատուկ ֆերմենտներ, որոնք կոչվում են ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտներ: Այս ֆերմենտներն ի վիճակի են «ճանաչել» ԴՆԹ-ի տարածքները, որոնք վնասվել են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով, կցել դրանց և ոչնչացնել երկու թիմինների միջև ձևավորված կապերը՝ վերականգնելով ԴՆԹ-ի սկզբնական (նորմալ) կառուցվածքը: Այնուամենայնիվ, ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտների «թերապևտիկ ազդեցությունը»՝ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կապակցված հատվածների ճեղքումը և նրա սկզբնական նորմալ կառուցվածքի վերականգնումը, հայտնվում է միայն լույսի էներգիայի մասնակցությամբ: Այնուհետև այստեղից լույսը ակտիվացնող գործոնի դեր է խաղում այս գործընթացներում՝ առաջացնելով ֆոտոռեակտիվացման ռեակցիա: Մինչ այժմ սա մնում է կենսաքիմիական ռեակցիաների միակ օրինակը, որտեղ լույսի էներգիան գործում է որպես ակտիվացնող:

Սկզբում ֆոտոռեակտիվացման ունակությունը հայտնաբերվել է ավելի ուշ միկրոօրգանիզմների մեջ, որոշ ձկների, թռչունների, երկկենցաղների, միջատների, բարձրագույն բույսերի և ջրիմուռների բջիջներում հայտնաբերվել են ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտներ: Երկար ժամանակ այս տեսակի վերանորոգումը հնարավոր չէր հայտնաբերել կաթնասունների և մարդկանց մոտ: Միայն 1969 թվականին ապացուցվեց, որ մարսու կենդանիների բջիջներն ունեն ֆոտոռեակտիվացման հատկություն։ Այս փաստը բացատրվում էր Երկրի այս հնագույն բնակիչների կենսաբանության առանձնահատկություններով. ենթադրվում էր, որ մարսուալների մեջ ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտի առկայությունը բացառիկ նշանակություն ունի, քանի որ միայն նրանց մոտ (ի թիվս այլ կաթնասունների) էմբրիոնը ենթարկվում է արևի լույսին: (ներառյալ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը) մոր պայուսակ տեղափոխելու գործընթացում։ Վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս մարդու մաշկի բջիջներում ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտի առկայության հնարավորությունը. Սա կարող է լինել պատճառը, որ զանգվածային ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը, օրինակ, արևային լոգանք ընդունելու ժամանակ, չի վնասում մարդու գենետիկական ապարատին:

Մութ փոխհատուցում, ի տարբերություն ֆոտոռեակտիվացման, ունիվերսալ է։ Այն վերացնում է ԴՆԹ-ի կառուցվածքային տարբեր վնասները, որոնք առաջանում են տարբեր ճառագայթային և քիմիական ազդեցությունների հետևանքով։ Մութ վերականգնման ունակությունը հայտնաբերվել է բոլոր բջջային համակարգերում և օրգանիզմներում: Մթության մեջ գենետիկական վնասը վերականգնելու մանրէաբանական բջիջների կարողությունը հայտնաբերվել է 1955 թվականին, սակայն այս գործընթացի մանրամասները սկսել են պարզաբանվել միայն 1964 թվականին։ Պարզվեց, որ մութ վերականգնման մեխանիզմները սկզբունքորեն տարբերվում են ֆոտոռեակտիվացման մեխանիզմից։ Առաջին տարբերությունն այն է, որ եթե լույսի ներքո ռեակցիայի ժամանակ ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտը կտրում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատվածները, որոնք կապված են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման միջոցով, ապա մութ վերականգնման ժամանակ վնասված հատվածները հեռացվում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլից: Երկրորդ տարբերությունը կապված է «բուժվող» վնասվածքների քանակի հետ։ Ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտը ակտիվ է ԴՆԹ-ի միայն մեկ տեսակի վնասվածքի դեմ՝ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ տիմինի դիմերների առաջացումը: Ֆերմենտները, որոնք իրականացնում են մուգ վերականգնում, ի վիճակի են վերացնել ԴՆԹ-ի կառուցվածքային տարբեր վնասները, որոնք առաջանում են բջիջների վրա տարբեր ազդեցությունների արդյունքում՝ և՛ քիմիական, և՛ ճառագայթային: Մութ վերականգնման արդյունքում կատարվում է մի տեսակ մոլեկուլային «վիրաբուժական» միջամտություն. վնասված հատվածները «կտրվում են», իսկ արդյունքում առաջացած «բացերը» լրացվում են վնասված և չվնասված ԴՆԹ-ի շղթաների միջև տեղային սինթեզով կամ հատվածների փոխանակմամբ. որի արդյունքում վերականգնվում է նրա սկզբնական բնական կառուցվածքը։ Մութ վերականգնումն իրականացվում է մեծ թվով ֆերմենտների հսկողության ներքո, որոնցից յուրաքանչյուրը պատասխանատու է այս բարդ գործընթացի որոշակի փուլի համար։ Մանրամասն ուսումնասիրվել է մութ վերանորոգման երկու տեսակ՝ էքսցիցիոն և հետռեպպլիկացիոն։ Հատված վերանորոգմամբ ԴՆԹ-ի վնասված հատվածը կտրվում և փոխարինվում է մինչև բջիջների վերարտադրության հաջորդ ցիկլի սկիզբը, ավելի ճիշտ՝ մինչև ԴՆԹ մոլեկուլների կրկնապատկման (կրկնապատկման) մեկնարկը: Այս գործընթացի կենսաբանական իմաստը սերունդների մեջ ժառանգական փոփոխությունների (մուտացիաների) համախմբման և փոփոխված ձևերի հետագա վերարտադրության կանխումն է: Էքցիզիոն վերանորոգումը գենետիկական վերանորոգման ամենատնտեսող և արդյունավետ ձևն է: Հաստատվել է, որ միկրոօրգանիզմներում իր բնականոն գործունեության ընթացքում առկա գենետիկական վնասների մինչև 90%-ը հեռացվում է մինչև ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը, իսկ մինչև 70%-ը հեռացվում է ավելի բարձր օրգանիզմների բջիջներից: Կտրվածքի վերանորոգումն իրականացվում է մի քանի փուլով.

Սկզբում հատուկ ֆերմենտը «կտրում է» ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկը՝ վնասված հատվածին մոտ, այնուհետև վնասված հատվածն ամբողջությամբ հանվում է, և առաջացած «բացը» լրացվում է հատուկ ֆերմենտներով (ԴՆԹ պոլիմերազներ), որոնք մատակարարում են բացակայող օղակները։ դրանք վերցնելով չվնասված շղթայից: Էքսցիզիայի վերականգնման ունակությունը հաստատվել է միկրոօրգանիզմների, բարձրակարգ բույսերի և կենդանիների բջիջներում, ինչպես նաև մարդկանց մոտ:

Հետվերարտադրողական վերանորոգում- բջիջի համար գոյություն ունեցող գենետիկ վնասը վերացնելու և ժառանգներին ժառանգական բնութագրերի փոփոխություններից պաշտպանելու վերջին հնարավորությունը: Եթե ​​ԴՆԹ-ում այնքան շատ վնասներ են տեղի ունենում, որ հեռացման վերականգնման ժամանակ բջիջը ժամանակ չի ունենում դրանք ամբողջությամբ վերացնելու, կամ եթե վնասվում են գեները, որոնք որոշում են էքսցիայի վերականգնման հնարավորությունը, ապա բազմապատկման (կրկնապատկման, վերարտադրության) ընթացքում ԴՆԹ-ն մայրական թելերում առկա վնասի վայրում դուստր թելեր են առաջանում, առաջանում են «բացեր»: Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ԴՆԹ-ի վերարտադրության համար պատասխանատու ֆերմենտը (ԴՆԹ-ի մայր շղթայի վրա դուստր շղթայի սինթեզը) չի կարող «կարդալ» աղավաղված տեղեկատվությունը մայր շղթայի վնասված կետում: Հետևաբար, հասնելով վնասված տեղանքին, որը հեռացման վերանորոգման ժամանակ մնացել է չուղղված, այս ֆերմենտը կանգ է առնում, այնուհետև դանդաղ (սովորականից հարյուր անգամ ավելի դանդաղ արագությամբ) անցնում է վնասված տարածքով և վերսկսում է դուստր շղթայի նորմալ սինթեզը՝ հեռանալով այս վայրից։ . Դա տեղի է ունենում բոլոր այն կետերում, որտեղ վերարտադրության սկզբում ԴՆԹ-ի մայրական շարանը վնասված է մնում: Իհարկե, եթե վնասների թիվը չափազանց մեծ է, վերարտադրությունը լիովին դադարում է, և բջիջը մահանում է: Բայց բջիջը երկար ժամանակ չի կարող գոյություն ունենալ ԴՆԹ-ի մոլեկուլներով, որոնք բացեր են կրում: Հետևաբար, վերարտադրումից հետո, բայց մինչև բջիջների բաժանումը սկսվում է հետվերարտադրողական վերականգնման գործընթացը։ Նախքան բջիջի բաժանումը, ձևավորվում են երկու երկշղթա ԴՆԹ մոլեկուլներ: Եթե ​​դրանցից մեկը վնասված է մի շղթայի ինչ-որ կետում և բացը հակառակ շղթայում, ապա մյուս երկշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլում երկու շղթաներն էլ այդ կետում նորմալ կլինեն: Այս դեպքում կարող է տեղի ունենալ ԴՆԹ-ի հատվածների փոխանակում՝ ռեկոմբինացիա (տես Գեն, գենի փոխանակում). ԴՆԹ-ի նորմալ մոլեկուլից կկտրվի չվնասված հատվածը և կտեղադրվի այլ մոլեկուլի վնասված հատվածի տեղում, ինչի պատճառով վնասված գենետիկ նյութը կփոխարինվի նորմալով։ Սրանից հետո հատուկ ֆերմենտները (ԴՆԹ պոլիմերազները) կփակեն «բացերը» (այժմ նրանք կկարողանան դա անել, քանի որ այս վայրում երկու մոլեկուլներում էլ վնաս չի լինի), նոր սինթեզված և հին շղթաները կմիանան միմյանց, և ԴՆԹ-ի սկզբնական կառուցվածքը կլինի այն արդյունքը, որն ամբողջությամբ վերականգնվել է: Համաձայն ռեկոմբինացիայի իրականացման հետ կապված գործընթացի բնույթի՝ հետվերարտադրողական վերանորոգման այս տեսակը նաև կոչվում է ռեկոմբինացիա։

Ըստ երևույթին, նկարագրված մեխանիզմը ԴՆԹ-ի բնականոն կառուցվածքը կրկնապատկելուց (կրկնապատկվելուց) հետո վերականգնելու միակ միջոցը չէ։ Ամեն դեպքում, հայտնի է մի մեխանիզմ, որի դեպքում կապերը տեղադրվում են բացերի մեջ, որոնք չեն համապատասխանում վերանորոգվող ԴՆԹ-ի սկզբնական կառուցվածքին, այսինքն՝ տեղի են ունենում մուտացիաներ։ Հնարավոր է, որ դա տեղի ունենա այն դեպքերում, երբ բջիջը, այս կամ այն ​​պատճառով, չի կարող վերականգնել իր ԴՆԹ-ն՝ օգտագործելով վերը նկարագրված մեթոդներից որևէ մեկը, և նա ունի վերջին հնարավորությունը՝ կա՛մ գոյատևել մուտացիաների գնով, կա՛մ մեռնել: Տարբեր վերանորոգման համակարգերի փոխազդեցությունը, խցում դրանց գործունեության կարգավորումը և աշխատանքի ճշգրիտ ժամկետները դեռևս բավականաչափ ուսումնասիրված չեն։ Պարզվել է, որ որոշ դեպքերում բջջում տեղի է ունենում հեռացման և հետվերարտադրողական վերականգնող ֆերմենտների համակարգված գործողություն: Օրինակ, եթե ԴՆԹ-ի երկու շղթա միացված են միմյանց (կարված), որը առաջանում է բազմաթիվ թույների ազդեցությամբ (օրինակ՝ թունավոր նյութի մանանեխի գազը), ապա սկզբում վերականգնողական ռեակցիան սկսվում է էքսցիայի վերականգնող ֆերմենտով, որը կտրում է. ԴՆԹ-ի մեկ շղթան, այնուհետև գործողության մեջ են մտնում հետվերարտադրողական վերականգնող ֆերմենտները, որոնք ավարտում են գործընթացը:

Մարդու բջիջներում հայտնաբերվել են հետվերարտադրողական վերականգնող ֆերմենտային համակարգեր: Դեռևս լիովին պարզված չէ, թե որոնք են ճշգրիտ ֆերմենտային մեխանիզմները, որոնք ապահովում են այս տեսակի վերականգնումը մարդու բջիջներում, բայց հայտնի է, որ մուտացիաների առաջացման հետ բացերի վերահամակցում և պատահական լրացում կարող է տեղի ունենալ մարդու բջիջներում: Հայտնի գենետիկական վերականգնման գործընթացների հարաբերական արդյունավետությունը նույնպես պարզ չէ: Պարզվել է, օրինակ, որ E. coli-ի բջիջները, որոնք ճառագայթված են ուլտրամանուշակագույն լույսով, պայմանով, որ արտազատման վերականգնման համակարգը նորմալ գործի, ունակ են ԴՆԹ-ից հեռացնել մինչև 1000 վնաս: Երբ ԴՆԹ-ում ավելի շատ վնաս է հայտնվում, բջիջը մահանում է: Եթե ​​հեռացման վերանորոգման համակարգը անջատված է, ապա միայն մոտ 100 ախտահարում կարող է հեռացվել հետվերարտադրողական վերանորոգման միջոցով: Եթե ​​երկու վերականգնողական համակարգերն էլ բացակայում են, բջիջը մահանում է ԴՆԹ-ում առաջացած մեկ վնասից:

Փոխհատուցում և մուտացիաներ. Հետագայում, գենետիկական վերականգնման առաջին ուսումնասիրություններում սերտ կապ է հաստատվել վնասված տարածքների վերացման և մուտացիաների հաճախականության նվազման միջև։ Հետագայում ապացուցվեց, որ վերականգնող ֆերմենտների գործունեության խանգարումները հանգեցնում են մուտացիաների քանակի կտրուկ աճի։ Միևնույն ժամանակ, այժմ հաստատվել է, որ մուտացիաները կարող են ի հայտ գալ նաև գենետիկական վերականգնման գործընթացների ժամանակ՝ վերականգնող ֆերմենտների աշխատանքի «սխալների» պատճառով։ Թեև այն վարկածը, որ վերանորոգման գործընթացներն իրականացվում են հիմնականում առանց սխալների, և որ միայն հետվերարտադրողական վերանորոգման ռեակցիան, որի ժամանակ պատահական հիմքեր են ներկառուցվում բացերի մեջ, առաջացնում է մուտացիաներ, ամենաշատը ճանաչվել է փորձարարական տվյալների աճ, որը ցույց է տալիս, որ նույնիսկ Համեմատաբար փոքր թվով սխալների վերականգնումը հանգեցնում է զգալի թվով մուտացիաների առաջացմանը, որոնք հայտնաբերվում են ինչպես նորմալ (բնական) պայմաններում, այնպես էլ բջիջները ենթարկվում են վնասակար գործոնների:

Վերականգնում օրգանիզմների անհատական ​​զարգացման տարբեր փուլերում. Օրգանիզմի զարգացման տարբեր փուլերում կարող է փոխվել այս կամ այն ​​տեսակի գենետիկական վերականգնում իրականացնելու ունակությունը։ Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ կաթնասունների (ներառյալ մարդկանց) բոլոր վերականգնողական գործընթացների առավելագույն արդյունավետությունը դրսևորվում է սաղմնային (ներարգանդային) զարգացման և մարմնի աճի սկզբնական փուլերում: Օրինակ, երկար ժամանակ հնարավոր չէր կրծողների (համստեր, առնետ, մուկ և այլն) վերականգնողական ռեակցիա գտնել, և միայն վերջերս պարզվեց, որ այս տեսակի վերանորոգումը տեղի է ունենում զարգացման սաղմնային փուլում և դադարում է. հետագա փուլերում: Այն հաճախ իրականացվում է միայն բաժանվող բջիջներում, օրինակ՝ սաղմի զարգացող նյարդային բջիջներում։ Եթե ​​դուք ստեղծեք պայմաններ, որոնց դեպքում այս բջիջների բաժանումը ճնշվում է, ապա վերացվում է նաև ԴՆԹ-ի միաշղթա կոտրվածքների վերականգնումը, որոնք առաջացել են, օրինակ, ռենտգենյան ճառագայթման հետևանքով:

Վերականգնման խանգարումներ և մարդու հիվանդություններ: 1968-ին անգլիացի գիտնական Դ. Քլիվերը ապացուցեց, որ մարդու ժառանգական հիվանդությունը քսերոդերմա պիգմենտոզն է, որի նշաններն են կարմրությունը, գոյացությունների ձևավորումը, հաճախ արևի լույսի ազդեցության վայրում մաշկի տարածքների չարորակ դեգեներացիայով, ինչպես նաև տեսողական: խանգարում, նյարդային համակարգ և այլն, որոնք առաջացել են էքսցիայի վերականգնող ֆերմենտների գործունեության թերության պատճառով: Հետագայում պարզվել է, որ մարդու ավելի շատ ժառանգական հիվանդություններ են առաջանում գենետիկական վերականգնման գործընթացների խախտումներով։ Այս հիվանդությունների թվում է Հաթչինսոնի համախտանիշը, որն առաջացնում է գաճաճություն, վաղաժամ ծերացում և առաջադեմ տկարամտություն։ Վերականգնող ֆերմենտները կոդավորող գեների վնասը պատասխանատու է այնպիսի համեմատաբար տարածված հիվանդության մի շարք ձևերի առաջացման համար, ինչպիսիք են համակարգային կարմիր գայլախտը և այլն:

Այս հիվանդությունների մոլեկուլային բնույթի ուսումնասիրությունը հիմք է տալիս հուսալ դրանց բուժման մեթոդների համեմատաբար արագ զարգացման համար։ Այս ուղղությամբ առաջընթացը կախված է ինչպես գենետիկական վերականգնման գործընթացների մանրամասների ուսումնասիրությունից, այնպես էլ նորմալ օրգանիզմներից (հատկապես մանրէներից) ակտիվորեն աշխատող ֆերմենտների մեկուսացման հնարավորության ուսումնասիրությունից՝ դրանց հետագա ներմուծմամբ հիվանդի օրգանիզմ, և հիվանդ գեները առողջներով փոխարինելու մեթոդներից ( տես Գենետիկական ճարտարագիտություն): Մինչ երկրորդ ուղին մնում է միայն վարկածների տիրույթում, առաջին ուղղությամբ փորձարարական աշխատանք է սկսվել։ Այսպես, ճապոնացի հետազոտողներ Կ. Տանական, Մ. Բեկգուչին և Ի. Օկադան 1975 թվականի վերջին զեկուցել են բակտերիալ վիրուսով վարակված բակտերիալ բջիջներից մեկուսացված վերականգնող ֆերմենտներից մեկի հաջող օգտագործման մասին՝ տառապող հիվանդից վերցված բջիջներում արատը վերացնելու համար։ պիգմենտային անբավարարությունից. Որպեսզի այս ֆերմենտը հաջողությամբ ներթափանցի արհեստական ​​պայմաններում մշակված մարդու բջիջներ, օգտագործվեց սպանված Սենդայի վիրուսը։ Սակայն մինչ օրս նման աշխատանք մարդու մարմնի վրա չի իրականացվել։ Մեկ այլ ուղղություն կապված է վերականգնող ֆերմենտների արատներով առաջացած հիվանդությունների վաղ ախտորոշման մեթոդների մշակման հետ։

Չնայած ԴՆԹ-ի վերարտադրությունն իրականացնող ֆերմենտների բարձր ճշգրտությանը, ինչպես նաև սրբագրման մեխանիզմի առկայությանը, ԴՆԹ-ի նոր շղթաների սինթեզի ժամանակ դեռևս տեղի են ունենում սխալներ՝ դրանց բաղադրության մեջ ոչ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդների ընդգրկման պատճառով: Բացի այդ, բջիջներում ԴՆԹ-ի մոլեկուլները ենթարկվում են տարբեր ֆիզիկական և քիմիական գործոնների, որոնք խախտում են դրանց կառուցվածքը: ԴՆԹ-ի ամենատարածված վնասները ներառում են հետևյալը.

Պուրինի և դեզօքսիրիբոզի միջև (b-N)-գլիկոզիդային կապերի խզում (դեպուրինացիա), որն առավել հաճախ ջերմաստիճանի բարձրացման հետևանք է: Մարդկային խցում օրական կատարվում է 5000-ից 10000 գործողություն։ depurination;

Ցիտոզինի և ադենինի մնացորդների ինքնաբուխ դեամինացիա՝ համապատասխանաբար ուրացիլի և հիպոքսանտինի մնացորդների ձևավորման համար (մոտավորապես 100 դեպք մեկ գենոմում օրական);

Ազոտային հիմքերի ալկիլացում հատուկ դասի քիմիական նյութերի ազդեցության տակ ( ալկիլացնող նյութեր);

- intercalation(ներդիր) որոշ միացումներ հարակից զույգ նուկլեոտիդների միջև.

ԴՆԹ շղթաների միջև կովալենտային խաչաձև կապերի ձևավորում երկֆունկցիոնալ նյութերի ազդեցության տակ.

Շղթայում հարակից պիրիմիդինների միջև ցիկլոբուտանի դիմերների ձևավորումը (նկ. 2.2), որը տեղի է ունենում ուլտրամանուշակագույն լույսի (ուլտրամանուշակագույն) կլանման ժամանակ:

Այս վնասների մեծ մասը խախտում է վերարտադրման և գենի արտահայտման գործընթացները, օրինակ՝ E. coli ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր տիմին դիմեր հետաձգում է վերարտադրությունը 10 վայրկյանով: Բացի այդ, այս վնասվածքները մուտացիաների աղբյուր են, եթե դրանք չեն ուղղվում մինչև ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը սկսելը:

Ամենից հաճախ նման խախտումները տեղի են ունենում միայն ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկում, մինչդեռ վնասին հակառակ երկրորդ շարանը շատ դեպքերում պարունակում է «ճիշտ» հաջորդականությունը, որը կարող է ծառայել որպես սխալների ուղղման մատրիցա: Այսպիսով, ԴՆԹ-ի կրկնակի խխունջը, ինչպես նաև այն փաստը, որ այն կոդավորում է վերականգնող ֆերմենտների կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը, հնարավոր է դարձնում սխալի ուղղման եզակի մեխանիզմ՝ վերականգնում, որը բնորոշ է միայն մեկ դասի մոլեկուլներին՝ ԴՆԹ-ին:

Կան բազմաթիվ վերականգնողական համակարգեր և մեխանիզմներ, որոնք գոյություն ունեն տարբեր օրգանիզմներում, դրանց թվում կան այնպիսիք, որոնք հատուկ են միայն մեկ տեսակի վնասների շտկման համար, և կան նաև ավելի քիչ կոնկրետներ: Հարմարության համար ներկայումս հայտնի բոլոր վերանորոգման գործընթացները կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի. 2) ավելի բարդ գործընթացներ, որոնց ընթացքում տեղի է ունենում վերանորոգման կրկնօրինակում: Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով առաջացած վնասի վերականգնման հետ կապված ամենալավ ուսումնասիրված վերանորոգման մեխանիզմները պիրիմիդինային դիմերներն են (նկ. 2.2):

Քանի որ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումից կախված ֆերմենտները մասնակցում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքների վերացման ամենահայտնի գործընթացներին, վերականգնման մեխանիզմները նույնպես բաժանվում են լույսի (կարող է իրականացվել միայն տեսանելի լույսի ներքո) և մութի (տեսանելիի մասնակցություն չպահանջող): թեթեւ) վերանորոգում.

Ուղղակի վնասի վերականգնման մեխանիզմները ներառում են գուանինի մնացորդների դելկիլացում և ցիկլոբուտանի դիմերների մոնոմերացում հարակից պիրիմիդինային հիմքերի միջև: Մեթիլգուանինի մնացորդների դելկիլացումը պատկանում է մութ վերականգնմանը և տեղի է ունենում բակտերիալ բջիջներում և սննդանյութերում առկա ֆերմենտների մասնակցությամբ: O 6-մեթիլգուանին ԴՆԹ ալկիլ տրանսֆերազը կատալիզացնում է ալկիլ խմբերի տեղափոխումը ֆերմենտի ցիստեինի մնացորդների սուլֆհիդրիլ խմբերին (նկ. 2.3):

Ընթացքում տեղի է ունենում դիմերների պառակտում պիրիմիդինային նուկլեոտիդների միջև ֆոտոռեակտիվացում- ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով վնասված ԴՆԹ-ի մոլեկուլների կառուցվածքի վերականգնում տեսանելի լույսի հետագա ազդեցության արդյունքում (լույսի վերականգնում): Հայտնի է ոչ ֆերմենտային կարճ ալիքային ֆոտոռեակտիվացում, որը բաղկացած է 240 նմ ալիքի երկարությամբ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ դիմերների մոնոմերացումից, ինչպես նաև ֆերմենտային ֆոտոռեակտիվացումից։ Վերջինս սովորաբար նշանակում է հենց ֆոտոռեակտիվացում: Այս գործընթացը պահանջում է 300-600 նմ ալիքի երկարությամբ տեսանելի լույսի մասնակցություն և իրականացվում է հատուկ ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտների (դեզօքսիրիբոպիրիմիդին ֆոտոլիազ) ազդեցության ներքո։ Ֆոտոլիազի սուբստրատը պիրիմիդինային հիմքերի դիմերներն են, որոնց հետ այն կազմում է բարդույթ (ֆերմենտը չի կապվում անձեռնմխելի ԴՆԹ-ի հետ)։ Օգտագործելով կլանված լույսի էներգիան՝ ֆերմենտը ոչնչացնում է դիմերը՝ չկոտրելով ԴՆԹ-ի շղթաները (նկ. 2.4):

Ֆոտոռեակտիվացման ֆենոմենը տարածված է բնության մեջ և հայտնաբերվել է նույնիսկ այնպիսի պարզունակ միկրոօրգանիզմների մեջ, ինչպիսիք են միկոպլազմաները։ Ֆոտոակտիվացնող ֆերմենտներ կան որոշ բարձրակարգ բույսերի և կենդանիների, ինչպես նաև բոլոր ուսումնասիրված բակտերիաների մոտ, բացառությամբ Deinococcus radiodurans-ի, որը, սակայն, չափազանց դիմացկուն է ուլտրամանուշակագույն լույսի ազդեցությանը. սպանել E. coli. Չնայած ֆոտոռեակտիվացման ունակության իսպառ բացակայությանը, D. radiodurans-ն ունի էքսցիայի վերականգնման հզոր համակարգ:

Խեղաթյուրված տարածքների փոխարինման հետ կապված վերականգնողական միջոցառումները չեն պահանջում տեսանելի լույսի մասնակցություն և, ի լրումն այլ ֆերմենտների, դրանցում կարևոր դեր են խաղում երկու տեսակի նուկլեազներ՝ էկզո- և էնդոնուկլեազներ: Էկզոնուկլեազները տրոհում են ԴՆԹ-ն՝ սկսած շղթաների ծայրերից, իսկ էնդոնուկլեազները հարձակվում են ներքին մասերի շղթաների վրա՝ առաջացնելով ԴՆԹ-ի միաշղթա ճեղքեր։ ԴՆԹ-ի վերականգնման սինթեզի հետ կապված վերանորոգման տարբեր տեսակների շարքում կարելի է առանձնացնել երկու հիմնական. էքսցիզացիոնԵվ հետվերարտադրողականհատուցում.

Կտրվածքի վերանորոգում.Էքցիզիոն վերականգնման տարբերակիչ առանձնահատկությունը վնասված ԴՆԹ հատվածի հեռացումն է: Վերանորոգման այս տեսակը ԴՆԹ-ի վնասման համար այնքան էլ հատուկ չէ, որքան ֆոտոռեակտիվացումը, և այն կարող է օգտագործվել ոչ միայն պիրիմիդինային դիմերները շտկելու, այլև ԴՆԹ-ի կառուցվածքում շատ այլ փոփոխություններ: Էքցիզիոն վերանորոգումը (նկ. 2.5, Ա) բազմափուլ գործընթաց է և ներառում է հետևյալ իրադարձությունները.

1) ԴՆԹ-ում վնասի ճանաչում, որն իրականացվում է հատուկ էնդոնուկլեազներով, որոնք նույնպես կատարում են հաջորդ փուլը.

2) ԴՆԹ-ի մեկ շղթա կտրելը վնասի մոտ. կտրվածք(իրականացնել էնդոնուկլեազներ);

3) մի խումբ նուկլեոտիդների հեռացում վնասի հետ մեկտեղ. հեռացում(իրականացնում է էկզոնուկլեազներ);

4) ԴՆԹ-ի վերասինթեզ՝ առաջացած բացը լրացնելը (ԴՆԹ պոլիմերազային ակտիվություն);

5) մոլեկուլի շաքարաֆոսֆատային ողնաշարում կովալենտային կապերի առաջացման հետեւանքով վերանորոգված շղթայի շարունակականության վերականգնում.

Էքսցիզիայի վերականգնման մեխանիզմը լավագույնս ուսումնասիրվում է՝ օգտագործելով ուլտրամանուշակագույն լույսով ճառագայթված E. coli ԴՆԹ-ից պիրիմիդինային դիմերների մուգ հեռացման օրինակը: Escherichia coli բջիջներում uvrA-D գեները (կոդավորում են ֆերմենտների կառուցվածքը, որոնք կտրում են ԴՆԹ-ի շղթայի մի հատվածը դիմերի օգնությամբ), ինչպես նաև polA-ն (որոշում է ԴՆԹ պոլիմերազ I-ի կառուցվածքը, որն իրականացնում է վերականգնողական սինթեզը։ ԴՆԹ), պատասխանատու են այս գործընթացի համար: Էքսցիզիոն վերանորոգման այս մեթոդի առանձնահատկությունն այն է, որ տիմինի դիմերի երկու կողմերում միաշղթա կտրվածքների առաջացումը:

Վնասվածքները վերականգնելու համար, ներառյալ այն, որոնք կապված են տիմինի դիմերների ձևավորման հետ, որոշ օրգանիզմներ օգտագործում են հեռացման վերականգնման մեկ այլ տեսակ, որը ներառում է հատուկ ֆերմենտի՝ ​​N-glycosylase-ի մասնակցությունը գործընթացին: Այս դեպքում առաջին վերականգնողական իրադարձությունը գլիկոզիդային կապի խզումն է վնասված հիմքի (օրինակ՝ դիմերի մեջ գտնվող թիմիններից մեկը, N-ալկիլացված պուրինը և այլն) և դեզօքսիրիբոզի միջև։ Այսպիսով, կա տեղական ապուրինացում, կամ apyrimidinization; հայտնվում է այսպես կոչված AP տեղանք, որը ճանաչվում է AP-ին հատուկ էնդոնուկլեազով, որը կտրում է AP տեղանքի կողքին գտնվող ֆոսֆոդիեստերային կապը: Այնուհետև բացը լրացվում է նորմալ վերանորոգման սինթեզով:

Բակտերիալ և էուկարիոտ բջիջներում հայտնաբերվել են մի շարք տարբեր N-գլիկոզիլազներ: Օրինակ, ուրացիլային ԴՆԹ գլիկոզիլազը ճանաչում է սխալ dG/dU զույգը, որն առաջանում է dG/dC զույգից դեզօքսիցիտոզինի մնացորդի ինքնաբուխ դեամինացիայից: Ցիտոզինի դեամինացումը կարող է հանգեցնել dA/dT մուտանտ նուկլեոտիդային զույգի ի հայտ գալուն վերարտադրության ժամանակ, քանի որ ջրածնային կապերի ձևավորման տեսանկյունից ուրացիլն իրեն նման է տիմինին: Այս տիպի մեկ այլ տարածված ֆերմենտ է պիրիմիդին դիմեր-N-գլիկոզիլազը, որը ստեղծում է ապիրիմիդինի տեղամաս՝ պիրիմիդինային դիմերների ձևավորման հետ կապված վնասը վերականգնելու համար:

Այն վայրերը, որտեղ տեղի է ունեցել դեպուրինացում կամ դեպիրիմիդինիզացիա, կտրվում են AP (ապուրինային և ապիրիմիդինիկ) էնդոնուկլեազներով: Կան բազմաթիվ տարբեր AR էնդոնուկլեազներ պրո- և էուկարիոտ բջիջներում: Նրանցից ոմանք խզում են շարանը AP տեղանքի 3' կողմում, իսկ մյուսները կտրում են դիեստերային կապը 5' կողմում; երկու դեպքում էլ առաջանում են 3'-հիդրօքսիլ և 5'-ֆոսֆորիլ ծայրեր: Սա թույլ է տալիս էկզոնուկլեազին հեռացնել հարակից մնացորդները կտրվածքի երկու կողմերում վնասի հետ մեկտեղ:

Էկցիզիոն վերականգնման տարբեր տեսակներ լայնորեն տարածված են պրո և էուկարիոտ օրգանիզմներում, այդ թվում՝ կաթնասուններում։ Կտրման վերանորոգման գործընթացների խախտումները կարող են հանգեցնել դրամատիկ հետևանքների: Այսպիսով, մարդկանց մոտ հայտնի է ժառանգական հիվանդություն. քսերոդերմա պիգմենտոզ, որի հիմնական ախտանշաններն են արեւի լույսի նկատմամբ զգայունության բարձրացումը՝ հանգեցնելով մաշկի քաղցկեղի զարգացման։ Այս հիվանդների մոտ հայտնաբերվել են վիրահատության վերանորոգման տարբեր թերություններ:

Հետվերարտադրողական վերանորոգում. Վերանորոգման այս տեսակը պահանջում է գենային արտադրանքների մասնակցություն, որոնք նույնպես ներգրավված են ռեկոմբինացիոն իրադարձություններում (rec գեներ), և չեն իրականացվում rec մուտանտային բջիջներում, ինչի պատճառով այն կոչվում է նաև ռեկոմբինացիոն վերականգնում: Հետվերարտադրողական վերանորոգումը հիմնված է վնասված ԴՆԹ-ի վերարտադրման և ռեկոմբինացիայի գործընթացների վրա, այն ամենաքիչ սպեցիֆիկն է դիտարկված վերանորոգման բոլոր տեսակներից, քանի որ այն չունի վնասի ճանաչման փուլ: Սա բավականին արագ վերականգնման մեթոդ է հայրենիԴՆԹ-ի կառուցվածքները դուստր (նոր սինթեզված) շղթաներում. ցույց է տրվել, որ վերականգնումը տեղի է ունենում ճառագայթումից հետո արդեն առաջին րոպեներին: Այս գործընթացի առանձնահատկությունը սկզբնական (մայր) շղթաներում վնասի պահպանումն է (նկ. 2.5, Բ):

Արագ հետ մեկտեղ կա նաև դանդաղ հետվերարտադրողական վերանորոգում, որը պահանջում է մի քանի ժամ: Այն արտադրվում է ֆերմենտների համակարգով, որը բացակայում է չճառագայթված բջիջներում և որն առաջանում է ճառագայթման արդյունքում։ Այս մեխանիզմը կոչվում է SOS վերանորոգում։ Դրա զարմանալի տարբերությունը մուտացիաների հաճախականության զգալի աճն է՝ չնայած այն հանգամանքին, որ ԴՆԹ-ն արդեն վնասված է։ Սա կարող է լինել որպես ձևանմուշ վնաս պարունակող ԴՆԹ շղթա օգտագործելու հետևանք:

Հետվերարտադրողական վերականգնումը գոյություն ունի ոչ միայն բակտերիաների, այլև էուկարիոտիկ բջիջների, այդ թվում՝ կաթնասունների մոտ:

ԴՆԹ-ի սինթեզը տեղի է ունենում կիսապահպանողական մեխանիզմի համաձայն՝ ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր շղթան պատճենվում է: Սինթեզը տեղի է ունենում հատվածներով: Գոյություն ունի համակարգ, որը վերացնում է ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման ժամանակ սխալները (ֆոտովերանորոգում, նախածննդյան և հետվերարտադրողական վերականգնումներ). Վերականգնման գործընթացը շատ երկար է՝ մինչև 20 ժամ և բարդ։ Սահմանափակող ֆերմենտները կտրում են ԴՆԹ-ի ոչ պատշաճ հատվածը և նորից վերակառուցում այն: Փոխհատուցումները երբեք չեն ընթանա 100% արդյունավետությամբ, էվոլյուցիոն տատանումները չեն լինի: Վերականգնման մեխանիզմը հիմնված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլում երկու փոխլրացնող շղթաների առկայության վրա: Դրանցից մեկում նուկլեոտիդային հաջորդականության աղավաղումը հայտնաբերվում է հատուկ ֆերմենտների միջոցով։ Այնուհետև համապատասխան հատվածը հանվում է և փոխարինվում է նորով, որը սինթեզվում է երկրորդ լրացուցիչ ԴՆԹ շղթայի վրա: Այս տեսակի փոխհատուցումը կոչվում է հեռացում,դրանք. կտրումով։ Այն իրականացվում է հաջորդ կրկնօրինակման ցիկլից առաջ, ինչի պատճառով էլ կոչվում է նախնական վերարտադրողական.Այն դեպքում, երբ հեռացման վերանորոգման համակարգը չի ուղղում ԴՆԹ-ի մեկ շղթայում առաջացած փոփոխությունը, վերարտադրման ժամանակ այդ փոփոխությունը ֆիքսվում է և այն դառնում է ԴՆԹ-ի երկու շղթաների սեփականությունը: Սա հանգեցնում է մի զույգ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդների փոխարինմանը մյուսով կամ նոր սինթեզված շղթայում փոփոխված հատվածների դեմ ընդմիջումների առաջացմանը։ ԴՆԹ-ի նորմալ կառուցվածքի վերականգնումը կարող է տեղի ունենալ նաև կրկնօրինակումից հետո: Հետվիրահատական ​​վերականգնումիրականացվում է երկու նոր ձևավորված ԴՆԹ կրկնակի խխունջների միջև ռեկոմբինացիայի միջոցով: Նախքան վերարտադրողական և հետվերարտադրողական վերանորոգման ընթացքում ԴՆԹ-ի վնասված կառուցվածքի մեծ մասը վերականգնվում է: Եթե ​​բջջի վնասի չափը, չնայած կատարված վերանորոգմանը, մնում է բարձր, ԴՆԹ-ի վերարտադրման գործընթացները արգելափակվում են դրանում: Այս բջիջը չի բաժանվում:

19. Գեն, նրա հատկությունները. Գենետիկ կոդը, դրա հատկությունները. ՌՆԹ-ի կառուցվածքը և տեսակները. Մշակում, զուգավորում։ ՌՆԹ-ի դերը ժառանգական տեղեկատվության իրացման գործընթացում.

Գեն – ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մի հատված, որը տեղեկատվություն է կրում պոլիպեպտիդային շղթայի կամ մակրոմոլեկուլի կառուցվածքի մասին: Մեկ քրոմոսոմի գեները դասավորված են գծային՝ կազմելով կապող խումբ։ ԴՆԹ-ն քրոմոսոմում կատարում է տարբեր գործառույթներ։ Կան տարբեր գեների հաջորդականություններ, կան գեների հաջորդականություններ, որոնք վերահսկում են գեների արտահայտումը, վերարտադրությունը և այլն: Կան գեներ, որոնք պարունակում են տեղեկատվություն պոլիպեպտիդային շղթայի կառուցվածքի և, ի վերջո, կառուցվածքային սպիտակուցների մասին: Մեկ գենի երկարությամբ նուկլեոտիդների նման հաջորդականությունները կոչվում են կառուցվածքային գեներ: Գենները, որոնք որոշում են կառուցվածքային գեների ակտիվացման վայրը, ժամանակը և տևողությունը, կարգավորող գեներ են:

Գեները փոքր են չափերով, թեև դրանք բաղկացած են հազարավոր նուկլեոտիդային զույգերից։ Գենի առկայությունը հաստատվում է գենային հատկանիշի (վերջնական արտադրանքի) դրսևորմամբ։ Գենետիկական ապարատի կառուցվածքի և աշխատանքի ընդհանուր դիագրամ առաջարկվել է 1961 թվականին Ջեյքոբի և Մոնոդի կողմից։ Նրանք առաջարկել են, որ գոյություն ունի ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մի հատված, որն ունի կառուցվածքային գեների խումբ: Այս խմբին կից գտնվում է 200 նուկլեոտիդային զույգերից բաղկացած շրջան՝ պրոմոտորը (ԴՆԹ-կախյալ ՌՆԹ պոլիմերազին հարող շրջանը)։ Այս շրջանը հարում է օպերատորի գենին: Ամբողջ համակարգի անունը օպերոն է: Կարգավորումն իրականացվում է կարգավորող գենով։ Արդյունքում ռեպրեսորային սպիտակուցը փոխազդում է օպերատորի գենի հետ, և օպերոնը սկսում է աշխատել։ Սուբստրատը փոխազդում է գենի հետ կարգավորիչներով, օպերոնն արգելափակված է։ Հետադարձ կապի սկզբունքը. Օպերոնի արտահայտությունը ներառված է որպես ամբողջություն:

Էուկարիոտների մոտ գենի արտահայտությունը չի ուսումնասիրվել: Պատճառը լուրջ խոչընդոտներն են.

Գենետիկական նյութի կազմակերպում քրոմոսոմների տեսքով

Բազմաբջջային օրգանիզմներում բջիջները մասնագիտացված են, ուստի որոշ գեներ անջատված են:

Հիստոնային սպիտակուցների առկայություն, մինչդեռ պրոկարիոտներն ունեն «մերկ» ԴՆԹ։

ԴՆԹ-ն մակրոմոլեկուլ է, այն չի կարող միջուկից մտնել ցիտոպլազմա և փոխանցել տեղեկատվություն։ Սպիտակուցների սինթեզը հնարավոր է m-RNA-ի շնորհիվ։ Էուկարիոտիկ բջիջում տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում հսկայական արագությամբ: Նախ հայտնվում է պրո-ի-ՌՆԹ կամ նախաի-ՌՆԹ: Դա բացատրվում է նրանով, որ էուկարիոտներում mRNA-ն առաջանում է վերամշակման (հասունացման) արդյունքում։ Գենն ունի ընդհատվող կառուցվածք։ Կոդավորման շրջանները էկզոններ են, իսկ ոչ կոդավորող շրջանները՝ ինտրոններ։ Էուկարիոտ օրգանիզմների գենն ունի էկզոն-ինտրոն կառուցվածք։ Ինտրոնն ավելի երկար է, քան էկզոնը։ Մշակման ընթացքում ինտրոնները «կտրվում» են՝ միաձուլում։ Հասուն մՌՆԹ-ի ձևավորումից հետո, հատուկ սպիտակուցի հետ փոխազդեցությունից հետո, այն անցնում է համակարգ՝ ինֆորմոսոմ, որը ինֆորմացիան տեղափոխում է ցիտոպլազմա։ Այժմ էկզոն-ինտրոնային համակարգերը լավ ուսումնասիրված են (օրինակ՝ օնկոգեն P-53): Երբեմն մի գենի ինտրոնները մյուսի էկզոններն են, այնուհետև զուգավորումն անհնար է: Մշակումը և զուգավորումն ունակ են միմյանցից հեռու գտնվող կառույցները միավորելու մեկ գենի մեջ, ուստի դրանք մեծ էվոլյուցիոն նշանակություն ունեն: Նման գործընթացները պարզեցնում են տեսակավորումը։ Սպիտակուցներն ունեն բլոկային կառուցվածք։ Օրինակ, ֆերմենտը ԴՆԹ պոլիմերազն է: Դա շարունակական պոլիպեպտիդային շղթա է։ Այն բաղկացած է սեփական ԴՆԹ պոլիմերազից և էնդոնուկլեազից, որը կտրում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլը ծայրից։ Ֆերմենտը բաղկացած է 2 տիրույթից, որոնք կազմում են 2 անկախ կոմպակտ մասնիկներ՝ միացված պոլիպեպտիդային կամրջով։ 2 ֆերմենտային գեների սահմանին կա ինտրոն։ Դոմեյնները ժամանակին առանձին գեներ էին, բայց հետո ավելի մոտեցան։ Այս գենային կառուցվածքի խախտումները հանգեցնում են գենային հիվանդությունների։ Ինտրոնի կառուցվածքի խախտումը ֆենոտիպիկորեն աննկատ է, էկզոնների հաջորդականության խախտումը հանգեցնում է մուտացիայի (գլոբինի գեների մուտացիա):

Բջջի ՌՆԹ-ի 10-15%-ը փոխանցում է ՌՆԹ-ն: Կան փոխլրացնող շրջաններ։ Կա հատուկ եռյակ՝ հակակոդոն, եռյակ, որը չունի կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներ՝ GGC։ Երկու ռիբոսոմային ենթամիավորների և mRNA-ի փոխազդեցությունը հանգեցնում է սկզբի: Կան 2 տեղամասեր՝ պեկտիդիլ և ամինացիլ։ Նրանք համապատասխանում են ամինաթթուներին: Պոլիպեպտիդների սինթեզը տեղի է ունենում քայլ առ քայլ: Երկարացում - պոլիպեպտիդային շղթայի կառուցման գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև այն հասնի անհեթեթ կոդոնի, ապա տեղի է ունենում դադարեցում: Ավարտվում է պոլիպեպտիդի սինթեզը, որն այնուհետև մտնում է ER ալիքներ: Ստորաբաժանումները հեռանում են իրարից: Բջջում սինթեզվում են տարբեր քանակությամբ սպիտակուցներ։