재생 및 수리 단계. 수리하다

DNA 복구-이것은 수리, 즉 분자 구조에서 발생하는 오류를 수정하는 것입니다. "수리"라는 단어는 "수리", "수리"등으로 번역되는 영어 "수리"에서 유래되었습니다.

대부분 복구할 수 있는 DNA 구조의 오류는 각 DNA 가닥을 구성하는 구조 단위인 뉴클레오티드 서열의 위반을 의미합니다. DNA 분자는 서로 상보적인 두 가닥으로 구성됩니다. 즉, 회로 중 하나가 손상되면 손상되지 않은 두 번째 회로를 사용하여 첫 번째 회로의 손상된 부분을 복원할 수 있습니다. 또한, 진핵 세포에서 각 염색체는 상동성입니다. 즉, 동일한 유전자 세트(대립유전자는 아님)를 포함합니다. 극단적인 경우, 분자의 양쪽 가닥 부분이 손상되면 상동 염색체에서 복제될 수 있습니다. 또한 세포 주기의 S기 이후 복제(자가 복사)가 발생하면 각 염색체는 서로 동일한 두 개의 이중 가닥 염색분체, 즉 본질적으로 두 개의 동일한 DNA 분자로 구성됩니다. 이는 손상된 분자의 원래 구조를 복원하는 데에도 사용될 수 있습니다.

진화 과정에서 DNA 복구를 담당하는 다양한 세포 분자 메커니즘이 나타났습니다. 이들은 주로 다양한 효소와 그 복합체입니다. 그들 중 일부는 복제에도 관여합니다. 그러한 효소를 암호화하는 유전자의 손상은 특히 위험합니다. 이로 인해 하나 이상의 수리 메커니즘이 손실됩니다. 이 경우 세포에 손상과 돌연변이가 더 빠르게 축적됩니다. 이로 인해 통제할 수 없을 정도로 분열하는 세포, 즉 종양이 나타나는 경우가 많습니다.

반면, DNA 손상이 특히 심하면 세포 내에서 자기 파괴 메커니즘이 활성화됩니다. 세포사멸). 따라서 그러한 세포는 분열이 허용되지 않으며 이는 다음 세대에 심각한 DNA 손상이 포함되지 않음을 의미합니다.

DNA 구조의 오류는 다양한 이유(우연히 화학적 활성 물질, 방사선 등의 영향으로)로 인해 존재의 다양한 단계(합성 중, 합성 전후 기간)에서 발생할 수 있습니다. 또한 변화는 다를 수 있습니다(뉴클레오티드의 화학 그룹 손실 또는 추가 하나의 추가, 뉴클레오티드를 다른 뉴클레오티드로 대체, 인접한 두 뉴클레오티드 사이의 화학 결합 설정, 사슬 절단, 섹션 손실 등). . 이러한 다양성으로 인해 수리 메커니즘을 분류하기가 어렵습니다. 이는 종종 복제 중, 복제 직후, 나머지 세포 수명주기 동안 발생하는 것으로 구분됩니다. 가장 많이 연구된 DNA 구조 변화의 원인과 복구 방법은 다음과 같습니다.

모든 오류가 수정되는 것은 아니며 상대적으로 작고 중요하지 않은 오류는 다음 세대의 세포 및 유기체로 전달될 수 있다는 점을 명심해야 합니다. 손상이라고 할 수는 없지만 돌연변이라고 할 수 있습니다. 대부분의 돌연변이는 해롭지만 주어진 환경 조건에서 중립적이거나 유익한 돌연변이는 진화의 재료를 제공합니다. 따라서 DNA 복구 메커니즘의 불완전성은 지구상의 생명체의 다양성을 보장해 왔습니다.

복제 중 뉴클레오티드 서열 수정

DNA 중합효소는 DNA 복제 작업의 대부분을 수행하여 새로운 가닥에 뉴클레오티드를 뉴클레오티드별로 추가합니다. 주요 기능 외에도 많은 중합효소는 잘못 부착된 마지막 뉴클레오티드, 즉 주형 사슬의 뉴클레오티드에 상보적이지 않은 뉴클레오티드를 제거할 수 있습니다.

뉴클레오티드의 화학 구조는 약간 변형될 수 있습니다. 동시에 그들은 보완적인 파트너가 아닌 수소 결합으로 연결되기 시작합니다. 예를 들어 시토신은 구아닌과 결합해야 합니다. 그러나 변형된 형태는 티민이 결합했어야 하는 아데닌과 수소 결합을 만듭니다.

새로운 DNA 가닥이 합성되면 다음 뉴클레오티드가 먼저 주형의 상보적 염기에 수소 결합으로 결합됩니다. 그런 다음 중합효소는 이를 공유 결합으로 성장하는 사슬의 끝에 결합시킵니다.
그러나 모 가닥의 상보적 염기에 부적절하게 결합된 변형된 뉴클레오티드라면 일반적으로 신속하게 원래 형태로 돌아가 비상보적이 됩니다. 수소 결합이 끊어지고, 합성되는 가닥에 공유 결합된 자유롭게 매달린 뉴클레오티드가 있는 새로운 가닥의 끝이 남습니다.

이 경우 DNA 중합효소는 다음 뉴클레오티드를 붙일 수 없고, 이 잘못된 뉴클레오티드를 제거할 수밖에 없다.

수소 결합이 끊어지지 않으면 사슬은 잘못된 뉴클레오티드를 넘어 계속 성장하고 점 돌연변이가 지속됩니다. 복제 후 제거할 수 있습니다.

복제 후 즉시 복구

새로운 DNA 가닥이 합성된 후 특정 효소 복합체는 잘못된 염기쌍을 인식합니다. 이 경우 DNA 분자의 새로운 사슬과 오래된 사슬을 결정하는 문제가 있습니다. 새로운 것은 메틸화된 염기가 없다는 점과 진핵생물의 경우 일시적인 파손이 있다는 점으로 구별됩니다. 이러한 특성을 바탕으로 효소 복합체는 새로 합성된 사슬을 식별합니다. 따라서 비상보적 염기쌍에서 "오류"는 새로운 사슬의 뉴클레오티드입니다.

오류가 발견되면 다른 효소는 단 하나의 뉴클레오티드가 아닌 잘못된 염기가 포함된 DNA의 전체 부분을 잘라냅니다. 그 후, 중합효소는 이 부분을 재구성하고 리가아제는 이를 사슬의 나머지 부분과 교차 연결합니다. DNA 조각이 잘려져 다시 재합성되는 이러한 메커니즘을 절제술 수리(절제-절단, 절단이라는 단어에서) 이는 매우 보편적이며 복제 직후 DNA를 "확인"할 때만이 아니라 많은 복구 사례에 사용됩니다.

DNA 손상 복구 메커니즘

유기체의 DNA는 복제 중 오류로 인해 변경될 수 있습니다. 세포는 살아가고 불리한 외부 요인에 노출되며 내부 생화학적 환경이 변하여 DNA에 유해한 반응을 유발할 수 있습니다. 결과적으로 유전 물질은 어떤 식으로든 손상됩니다. 손상 유형과 규모에 따라 약간 다른 효소 복합체 세트를 포함하는 다양한 복구 메커니즘이 활성화됩니다.

1. DNA 부분을 제거하지 않고 제자리에서 뉴클레오티드 변화를 역전시키는 효소가 있습니다. 즉, 염기 구아닌(G)을 포함하는 사슬에 뉴클레오티드가 있고 화학 반응의 결과로 메틸기가 부착되어 메틸 구아닌이 된 경우 효소는 이를 다시 구아닌으로 전환합니다. 기본적으로 이러한 DNA 복구는 특정 원자 그룹의 부착 및 분리와 관련이 있습니다.

2. 퓨린 염기가 손실된 경우 절제 복구가 발생할 수 있습니다. 탈아미노화 및 기타 염기의 구조적 변화의 경우, 글리코실라제 효소는 손상된 뉴클레오티드 염기만 제거합니다. 그 후에야 표준 절제술 복구가 진행됩니다.

3. 두 개의 인접한 뉴클레오티드가 서로 연결될 때 이량체를 형성하는 동안에도 섹션이 잘립니다. 일반적으로 이러한 반응은 자외선에 노출되면 발생합니다. 이합체의 형성은 이 영역과 인근 영역에서 상보적인 DNA 가닥의 발산을 유발합니다. 효소에 의해 인식되는 거품이 형성됩니다. 다음으로 절제 복구가 시작됩니다.

4. 같은 위치에서 두 사슬의 구조가 파괴되면 DNA 분자에 심각한 손상이 발생합니다. 이 경우 보완성의 원칙에 따라 한 체인을 다른 체인에서 복원하는 것이 더 이상 불가능합니다. 그러한 손상의 한 가지 예는 강한 방사성 방사선에 노출되어 DNA 분자가 두 부분으로 부서지는 것입니다.

DNA 분자의 두 가닥이 모두 손상되면 손상된 부분 대신 상동 염색체 또는 자매 염색 분체의 부분을 삽입하면 재조합 복구가 구조될 수 있습니다. 파손된 DNA 조각을 다시 붙일 수 있는 효소도 있습니다. 그러나 일부 뉴클레오티드가 손실되어 심각한 돌연변이가 발생할 수 있습니다.

세포 주기의 합성 전 기간의 재조합 복구는 상동 염색체 사이에서만 발생할 수 있습니다. 왜냐하면 이 기간 동안의 각 염색체는 단 하나의 염색분체로 구성되기 때문입니다. 합성 후 기간 동안 염색체가 두 개의 동일한 염색 분체로 구성되면 자매 염색 분체에서 영역을 빌릴 수 있습니다.

자매 염색분체는 초기에 동일한 대립유전자 세트를 갖는다는 점을 강조해야 합니다(교차가 없는 경우). 상동 염색체는 그렇지 않습니다. 따라서 유전적 관점에서 볼 때 실제 재조합은 상동 염색체 간의 교환의 경우에만 발생합니다. 여기서는 두 경우 모두 재조합에 대해 이야기하고 있습니다.

이 예를 고려해 봅시다. 복제 전에 복구되지 않은 티민 이량체가 DNA에서 발생했다고 가정해 보겠습니다. 복제 과정에서 원래 DNA 분자의 가닥이 갈라지고 각각의 DNA에 새로운 보완 가닥이 만들어집니다. 티민 이량체를 포함하는 주형 사슬에서는 이 영역에 새로운 사슬 부분을 만들 수 없습니다. 현재로서는 일반적인 패턴이 없습니다. 딸 스레드에는 틈이 나타나지만 이합체는 마더 스레드에 남아 있습니다. 즉, 이 DNA 분자는 해당 영역의 정확한 뉴클레오티드 서열이 무엇인지 "모릅니다".

이 경우 유일한 방법은 다른 염색체에서 DNA 조각을 빌리는 것입니다. 그는 그녀의 사슬 중 하나에서 옮겨졌습니다. 여기에 형성된 간격은 상보사슬의 주형에 따라 형성됩니다. 손상된 분자의 전달된 부위는 딸 사슬의 틈을 메우고, 모 사슬은 나중에 복구될 수 있는 이합체를 계속 포함하게 됩니다.

유전 물질의 자가 복제를 제공합니다. 동시에, 상보성의 원리 덕분에 딸 사슬의 뉴클레오티드 서열을 주형과 일치시키는 정확도가 매우 높습니다. 또한 DNA는 화학적으로 상당히 불활성인 물질로, 예를 들어 RNA에 비해 더 큰 안정성을 보장합니다. 그러나 이것만으로는 부족하다. DNA는 여전히 외부 영향에 의해 손상될 수 있고, 복제 단계에서도 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 그러므로 세포는 손상과 합성 오류를 수정하기 위한 메커니즘을 가지고 있어야 합니다. DNA 복구.

DNA 합성의 여러 단계에서 그리고 발생하는 오류 유형에 따라 수행되는 여러 가지 복구 메커니즘이 있습니다.

함께, 복구 메커니즘은 DNA 분자의 오류 빈도를 크게 줄이고 유전 물질의 안정성을 유지하는 것을 목표로 합니다. 그러나 DNA 구조의 변화가 모두 제거되는 것은 아니기 때문에 돌연변이가 발생하고 이로 인해 지구상에 다양한 생명체가 생겨났습니다.

DNA 중합효소로 오류 제거

우선, DNA 중합효소 자체는 새로운 DNA 가닥이 성장할 때 성장하는 가닥에 올바른 뉴클레오티드가 부착되어 있는지 확인합니다.

주형 뉴클레오티드에 상보적으로 결합할 수 있는 변형된 형태의 질소 염기가 있습니다. 이런 식으로 변형된 형태의 시토신이 아데닌에 결합할 수 있습니다. 중합효소는 이 최종 뉴클레오티드를 성장하는 사슬에 부착하지만 빠르게 정상적인 형태로 변하여 일반 시토신이 됩니다. 이 경우 수소 결합이 파괴되고(상보성이 깨짐으로 인해) 결국 짝을 이루지 않은 뉴클레오티드가 얻어지지만 합성된 사슬에 공유적으로 연결됩니다. 중합효소는 사슬을 더 이상 연장할 수 없습니다. 중합효소 자체 또는 이와 관련된 효소 엔도뉴클레아제 편집마지막 "잘못된" 뉴클레오티드를 잘라냅니다.

이러한 자체 수정 메커니즘의 결과로 복제 오류 빈도가 10배 감소합니다. DNA 합성 단계에서 잘못된 뉴클레오티드의 첨가가 10 -5이면 중합효소의 복구 활성은 그 수를 10 -6으로 줄입니다.

배상 메커니즘

DNA 중합효소는 일부 복제 오류를 수정하지만 전부는 아닙니다. 또한 DNA 뉴클레오티드 서열의 변화는 DNA 배가 후에도 발생합니다. 이것이 퓨린 염기(아데닌과 구아닌)가 손실되고 시토신이 탈아미노화되어 우라실로 변하는 방식입니다. 이러한 변화 및 기타 변화는 일반적으로 염색체 주변 환경에 포함된 특정 화학적 활성 물질로 인해 발생합니다. 그러한 화합물 중 상당수는 정상적인 염기쌍 형성을 방해합니다. 자외선의 영향으로 인접한 두 티민 잔기가 서로 결합을 형성할 수 있으며 티민 이량체가 나타납니다.

존재한다 직접적인 배상, 가능하다면 절단 없이 뉴클레오티드의 원래 구조를 효소적으로 복원합니다.

절제술 수리

절단 또는 사전 복제 복구는 다음 복제 주기 전에 발생합니다.

상보적인 DNA 가닥 중 하나에서 변경된 뉴클레오티드 서열을 감지하는 효소 종류가 있습니다. 이후 잘못된 부분은 제거되고 새로 합성된 부분으로 교체됩니다. 이 경우 매트릭스는 보완적인 "올바른" 스레드의 섹션입니다.

복구 효소는 일반적으로 주형이 아닌 새로운 DNA 가닥의 오류를 감지합니다. 동일한 DNA 분자의 두 가닥 사이에는 질소 염기의 메틸화 정도에 약간의 차이가 있습니다. 딸 사슬에서는 합성보다 뒤떨어집니다. 효소는 그러한 사슬을 인식하고 어떤 방식으로든 이전 사슬의 부분에 보완적이지 않은 부분을 수정합니다. 또한 진핵생물에서 조각으로 합성되는 필라멘트의 파손이 신호 역할을 할 수 있습니다.

효소 엔도뉴클레아제퓨린 염기의 손실을 감지할 수 있습니다. 이 효소는 손상 부위에서 포스포에스테르 결합을 끊습니다. 다음은 효소입니다 엑소뉴클레아제, 오류가 포함된 섹션을 제거합니다. 그 후, 매트릭스의 상보성에 따라 구멍이 형성됩니다.

DNA 글리코실라아제- 염기의 탈아미노화, 알킬화 및 기타 구조적 변화로 인한 DNA 손상을 인식하는 전체 종류의 효소입니다. 글리코실라제는 뉴클레오티드가 아닌 염기를 제거합니다. 그 후, 염기가 없는 DNA 가닥 부분은 퓨린의 "수리"와 동일한 방식으로 복구됩니다.

질소 염기의 탈아미노화로 인해 원래의 뉴클레오티드 서열을 복원하는 것이 불가능해질 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 일부 염기쌍은 다른 염기쌍으로 대체됩니다(예: C-G는 T-A로 대체됩니다).

티민 이합체가 있는 영역을 제거하는 효소는 개별적인 잘못된 염기를 인식하지 못하고 변경된 DNA의 더 긴 부분을 인식합니다. 여기에서도 섹션이 제거되고 그 자리에 새 섹션이 합성됩니다. 또한, 티민 이량체는 빛의 영향으로 자발적으로 제거될 수 있습니다. 가벼운 배상.

복제 후 복구

복제 전 복구로 변경된 DNA 섹션이 수정되지 않으면 복제 중에 수정됩니다. 딸 DNA 분자 중 하나는 두 가닥 모두에 변화를 포함합니다. 그 안에는 일부 상보적인 뉴클레오티드 쌍이 다른 쌍으로 대체되거나 템플릿의 변경된 부분 반대편에 새로 합성된 사슬에 틈이 나타납니다.

복제 후 복구 시스템은 이러한 DNA 변화를 인식할 수 있습니다. 이 단계에서 DNA 손상 복구는 두 개의 새로운 DNA 분자 사이의 단편 교환(즉, 재조합)에 의해 수행되며, 그 중 하나는 손상을 포함하고 다른 하나는 손상을 포함하지 않습니다.

이는 이전 단계에서 제거되지 않은 티민 이량체에서 발생합니다. 인접한 두 티민 사이에는 공유 결합이 있습니다. 이 때문에 공유 사슬과 수소 결합을 형성할 수 없습니다. 결과적으로, 티민 이량체를 포함하는 주형 사슬에 딸 사슬이 합성되면 그 안에 틈이 형성된다. 이 파손은 복구 효소에 의해 인식됩니다. 이 DNA 분자가 올바른 부분을 가지고 있지 않다는 것이 분명합니다(한 가닥에는 티민 이합체가 포함되어 있고 다른 가닥에는 구멍이 있음). 따라서 유일한 탈출구는 "건강한" 분자에서 DNA 한 부분을 취하는 것인데, 이는 이 DNA 분자의 주형 가닥에서 취한 것입니다. 여기에 나타나는 구멍은 상보성의 원리에 따라 채워집니다.

조난 신호 시스템

설명된 복구 메커니즘을 사용하여 DNA 손상의 상당 부분이 복구됩니다. 그러나 오류가 너무 많으면 일반적으로 상보성의 원리를 준수하지 않고도 구멍을 채울 수 있는 자체 효소 그룹으로 구성된 소위 SOS 시스템이 켜집니다. 따라서 SOS 시스템의 활성화로 인해 돌연변이가 발생하는 경우가 많습니다.

DNA 변화가 너무 크면 복제가 차단되고 세포가 분열되지 않습니다.

유전적 배상- 특수 효소의 영향으로 살아있는 유기체의 세포에서 발생하는 유전적 손상을 제거하고 유전 장치를 복원하는 과정입니다. 유전적 손상을 복구하는 세포의 능력은 1949년 미국 유전학자 A. Kellner에 의해 처음 발견되었습니다. 그 후, 유전 물질의 손상된 부위를 제거하는 다양한 메커니즘이 연구되었으며, 모든 생명체에는 유전적 재생이 내재되어 있음이 밝혀졌습니다. 분명히 유전적 손상을 복구하는 능력은 지구상 생명체 발달의 초기 단계에 나타났으며 생명체의 진화와 함께 개선되었습니다. 복구 효소는 식물과 동물 세계의 가장 오래된 대표자에게 존재합니다. 현재까지 수많은 특수 복구 효소와 세포 내 합성을 조절하는 유전자(유전자 참조)가 발견되었습니다. 이 유전자의 변화는 바람직하지 않은 유해 요인에 대한 신체의 민감성을 증가시키고 유전적 변화(돌연변이(돌연변이 발생 참조), 질병 발생 및 조기 노화)의 증가에 기여한다는 것이 입증되었습니다. 일부 유전성 인간 질병은 복구 효소의 합성 장애로 인해 발생하는 것으로 확인되었습니다. 두 가지 형태의 유전자 복구, 즉 광재활성화와 다크 복구가 자세히 연구되었습니다.

광활성화또는 빛 복원은 1949년에 발견되었습니다. 미세한 곰팡이와 박테리아에 대한 실험에서 방사선의 생물학적 효과를 연구한 A. Kellner는 동일한 선량의 자외선 조사에 노출된 세포가 어둠 속에서 조사한 후 다음과 같은 경우에 훨씬 더 잘 생존한다는 것을 발견했습니다. 정상적인 자연 채광 조건에 배치됩니다. 이를 바탕으로 자외선 조사의 영향으로 발생하는 세포의 유전 구조 손상 중 일부를 빛이 제거한다는 것이 제안되었습니다.

A. Kellner가 발견한 광재활성화 효과를 해독하는 데 거의 20년이 걸렸습니다. 자외선 조사에는 유전 정보를 전달하는 디옥시리보 핵산 분자 (약어로 DNA-핵산 참조)의 구조를 파괴하는 능력이 있다는 것이 밝혀졌습니다. DNA 분자는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 등 소위 질소 염기의 네 가지 유형을 포함하며 나선형으로 꼬인 두 가닥으로 구성됩니다. 종종 한 스레드에서는 동일한 베이스가 서로 옆에 위치합니다. 자외선 조사의 영향으로 일부 질소 염기에서 화학 결합이 끊어지며, 예를 들어 인근 티민 염기에서 이런 일이 발생하면 서로 결합하여 소위 티민 이량체를 형성합니다. 티민 이량체는 DNA 이중 나선의 구조를 극적으로 파괴하고 그 결과 유전 기록의 의미가 바뀌어 후손에게 유전되는 유전적 결함이나 세포 사멸을 초래합니다. 이러한 손상을 "치료"하고 제거하기 위해 일부 세포에는 광활성화 효소라는 특수 효소가 있습니다. 이 효소는 자외선에 의해 손상된 DNA 영역을 "인식"하여 해당 영역에 부착하고 두 티민 사이에 형성된 결합을 파괴하여 원래의(정상) DNA 구조를 복원할 수 있습니다. 그러나 광활성화 효소의 "치료 효과"(DNA 분자의 연결된 부분을 절단하고 원래의 정상 구조를 복원하는 것)는 빛 에너지의 참여에서만 나타납니다. 그러면 여기에서 빛은 이러한 과정에서 활성화 인자 역할을 하여 광재활성화 반응을 촉발합니다. 지금까지 이는 빛 에너지가 활성화제로 작용하는 생화학 반응의 유일한 사례로 남아 있습니다.

처음에는 광재활성화 능력이 미생물에서 발견되었지만 나중에는 일부 어류, 새, 양서류, 곤충, 고등 식물 및 조류의 세포에서 광재활성화 효소가 발견되었습니다. 오랫동안 이러한 유형의 복구는 포유류와 인간에서는 감지될 수 없었습니다. 1969년에야 유대류 동물의 세포에 광재활성화 능력이 있다는 것이 입증되었습니다. 이 사실은 지구의 고대 주민들의 생물학 특성에 의해 설명되었습니다. 유대류에서 광활성화 효소의 존재는 유대류에서만 (다른 포유류 중에서) 배아가 햇빛에 노출되기 때문에 매우 중요하다고 믿어졌습니다. (자외선 조사 포함) 엄마 가방에 옮기는 중입니다. 최근 연구에서는 인간 피부 세포에 광활성화 효소가 존재할 가능성이 있음을 나타냅니다. 이것이 예를 들어 일광욕 중 대량의 자외선 조사가 인간의 유전 기관에 손상을 주지 않는 이유일 수 있습니다.

암흑보상, 광반응성과 달리 보편적입니다. 다양한 방사선 및 화학적 영향으로 인해 나타나는 DNA의 다양한 구조적 손상을 제거합니다. 암흑 복구 능력은 모든 세포 시스템과 유기체에서 발견되었습니다. 어둠 속에서 유전적 손상을 복구하는 미생물 세포의 능력은 1955년에 발견되었지만, 이 과정의 세부사항은 1964년에야 명확해지기 시작했습니다. 다크 복구 메커니즘은 광활성화 메커니즘과 근본적으로 다르다는 것이 밝혀졌습니다. 첫 번째 차이점은 빛 속에서 반응하는 동안 광활성화 효소가 자외선 조사에 의해 연결된 DNA 분자 부분을 절단하는 경우 암흑 복구 중에 손상된 부분이 DNA 분자에서 제거된다는 것입니다. 두 번째 차이점은 "치유 가능한" 부상의 수와 관련이 있습니다. 광활성화 효소는 한 가지 유형의 DNA 손상, 즉 자외선 조사의 영향으로 티민 이량체가 형성되는 경우에만 활성을 갖습니다. 다크 복구를 수행하는 효소는 화학 및 방사선 모두 세포에 대한 다양한 영향의 결과로 나타나는 DNA의 다양한 구조적 손상을 제거할 수 있습니다. 다크 복구의 결과로 일종의 분자적 "외과적" 개입이 수행됩니다. 손상된 영역은 "절단"되고 결과적인 "간극"은 손상된 DNA 가닥과 손상되지 않은 DNA 가닥 사이의 섹션 교환이나 국소 합성을 통해 채워집니다. 그 결과 원래의 정상적인 구조가 복원됩니다. 다크 복구는 수많은 효소의 제어하에 수행되며, 각 효소는 이 복잡한 과정의 특정 단계를 담당합니다. 두 가지 유형의 다크 복구(절제 및 복제 후)가 자세히 연구되었습니다. 절제 복구를 사용하면 다음 세포 재생 주기가 시작되기 전, 더 정확하게는 DNA 분자가 두 배로 증가(복제)되기 전에 DNA의 손상된 부분을 잘라내어 교체합니다. 이 과정의 생물학적 의미는 자손의 유전적 변화(돌연변이)의 통합과 그에 따른 변형된 형태의 재생산을 방지하는 것입니다. 절제 복구는 가장 경제적이고 효과적인 유전자 복구 형태입니다. 미생물이 정상적으로 기능하는 동안 DNA 복제가 시작되기 전에 기존 유전적 손상의 최대 90%가 제거되고 고등 유기체의 세포에서는 최대 70%가 제거되는 것으로 확인되었습니다. 절단 복구는 여러 단계로 수행됩니다.

먼저 특수 효소가 손상된 부위에 가까운 DNA 가닥 중 하나를 "절단"한 다음 손상된 부위를 완전히 제거하고 결과로 발생한 "틈"을 특수 효소(DNA 중합효소)가 채워서 누락된 링크를 공급합니다. 손상되지 않은 가닥에서 빌려옵니다. 절단 복구 능력은 인간뿐만 아니라 미생물, 고등 식물 및 동물의 세포에서도 확립되었습니다.

복제 후 복구- 세포가 기존의 유전적 손상을 제거하고 유전적 특성의 변화로부터 자손을 보호할 수 있는 마지막 기회입니다. DNA에 너무 많은 손상이 발생하여 절단 복구 중에 세포가 이를 완전히 제거할 시간이 없거나 절단 복구 가능성을 결정하는 유전자가 손상된 경우, 증식(배가, 복제) 과정에서 DNA가 마더 스레드에 존재하는 손상 부위의 딸 가닥, "간극"이 형성됩니다. 이는 DNA 복제(DNA의 모 가닥에서 딸 가닥의 합성)를 담당하는 효소가 모 가닥의 손상된 지점에서 왜곡된 정보를 "읽을" 수 없기 때문에 발생합니다. 따라서 절제 복구 중에 교정되지 않은 손상된 부위에 도달하면 이 효소는 멈추고 천천히(평소보다 수백 배 느린 속도로) 손상된 부위를 통과하여 딸 가닥의 정상적인 합성을 재개하여 이곳에서 멀어집니다. . 이는 복제가 시작될 때 DNA의 모 가닥이 손상된 상태로 유지되는 모든 지점에서 발생합니다. 물론 손상 횟수가 너무 많으면 복제가 완전히 중단되고 세포가 죽는다. 그러나 세포는 간격을 지닌 DNA 분자로는 오랫동안 존재할 수 없습니다. 따라서 복제 후 세포 분열 이전에 복제 후 복구 과정이 시작됩니다. 세포가 분열하기 전에 두 개의 이중 가닥 DNA 분자가 형성됩니다. 그 중 하나가 한 가닥의 특정 지점에 손상이 있고 반대쪽 가닥에 틈이 있으면 다른 이중 가닥 DNA 분자에서는 해당 지점의 두 가닥이 모두 정상이 됩니다. 이 경우 DNA 섹션의 교환이 발생할 수 있습니다. 재조합(유전자, 유전자 교환 참조): 손상되지 않은 섹션이 일반 DNA 분자에서 잘라내어 다른 분자의 손상된 섹션 위치에 삽입됩니다. 손상된 유전 물질은 정상적인 유전 물질로 대체됩니다. 이에 이어 특별 효소(DNA 중합효소)는 "간극"을 닫을 것이며(이제 두 분자 모두 이곳에서 손상이 없기 때문에 이를 수행할 수 있을 것입니다), 새로 합성된 가닥과 오래된 가닥이 ​​서로 연결될 것입니다. 원래의 DNA 구조가 완전히 복원된 결과입니다. 재조합 구현과 관련된 프로세스의 특성에 따라 이러한 유형의 복제 후 복구를 재조합이라고도 합니다.

분명히 설명된 메커니즘은 DNA가 두 배로 증가(복제)된 후 DNA의 정상적인 구조를 복원하는 유일한 방법은 아닙니다. 어쨌든, 복구되는 DNA의 원래 구조와 일치하지 않는 틈에 링크가 삽입되는, 즉 돌연변이가 발생하는 메커니즘이 알려져 있습니다. 어떤 이유로든 세포가 위에 설명된 방법을 사용하여 DNA를 복구할 수 없고 마지막 기회(돌연변이를 감수하고 생존하거나 죽을 수 있는 기회)가 있는 경우에 이런 일이 발생할 수 있습니다. 다양한 복구 시스템의 상호 작용, 세포 내 활동 조절 및 정확한 작동 시기는 아직 충분히 연구되지 않았습니다. 어떤 경우에는 절제와 복제 후 복구 효소의 조화된 작용이 세포에서 일어나는 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 많은 독극물(예: 유독 물질인 겨자 가스)의 영향으로 발생하는 두 가닥의 DNA가 서로 연결(꿰매어)되면 먼저 절단 복구 효소로 복구 반응이 시작됩니다. DNA의 한 가닥에 이어 복제 후 복구 효소가 작용하여 과정이 완료됩니다.

복제 후 복구 효소 시스템은 인간 세포에서 발견되었습니다. 인간 세포에서 이러한 유형의 복구를 제공하는 정확한 효소 메커니즘이 무엇인지는 아직 완전히 밝혀지지 않았지만 인간 세포에서 돌연변이 발생으로 인한 재조합 및 무작위 공백 채우기가 발생할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 알려진 유전자 복구 과정의 상대적 효율성도 불분명합니다. 예를 들어, 절제 복구 시스템이 정상적으로 작동하는 경우 자외선을 조사한 대장균 세포는 DNA에서 최대 1000개의 병변을 제거할 수 있다는 것이 확립되었습니다. DNA에 더 많은 손상이 나타나면 세포는 죽습니다. 절제 복구 시스템이 비활성화되면 복제 후 복구를 통해 약 100개의 병변만 제거할 수 있습니다. 두 복구 시스템이 모두 없으면 세포는 DNA에서 발생하는 단일 손상으로 인해 죽습니다.

회복과 돌연변이. 그 후, 유전자 복구에 대한 첫 번째 연구에서 손상된 부위의 제거와 돌연변이 빈도의 감소 사이에 밀접한 연관성이 확립되었습니다. 나중에 복구 효소의 활동 장애로 인해 돌연변이 수가 급격히 증가한다는 것이 입증되었습니다. 동시에, 복구 효소 작업의 "오류"로 인해 유전자 복구 과정 자체 중에 돌연변이가 나타날 수도 있다는 것이 이제 확립되었습니다. 복구 과정은 주로 오류 없이 수행되며, 틈에 무작위 염기가 내장되어 돌연변이를 일으키는 복제 후 복구 반응만이 돌연변이를 일으킨다는 가설이 가장 많이 인정을 받았지만, 상대적으로 적은 수의 오류 복구로 인해 정상적인(자연) 조건과 세포가 손상 요인에 노출될 때 모두 감지되는 상당한 수의 돌연변이가 나타납니다.

유기체의 개별 발달의 여러 단계에서의 보상. 하나 또는 다른 유형의 유전적 복구를 수행하는 능력은 유기체 발달의 여러 단계에 따라 바뀔 수 있습니다. 연구에 따르면 포유동물(인간 포함)의 모든 복구 과정의 최대 효율성은 배아(자궁 내) 발달 단계와 신체 성장의 초기 단계에서 나타납니다. 예를 들어 오랫동안 설치류(햄스터, 쥐, 생쥐 등)에서는 절제 복구 반응을 발견할 수 없었으나 최근에야 이러한 유형의 복구가 발달 배아 단계에서 발생하여 중단된다는 사실이 발견되었습니다. 나중 단계에서. 이는 종종 분열하는 세포, 예를 들어 배아의 발달 중인 신경 세포에서만 수행됩니다. 이러한 세포의 분열이 억제되는 조건을 만들면 예를 들어 X선 조사로 인한 단일 가닥 DNA 파손의 복구도 제거됩니다.

장애 및 인간 질병을 수리하십시오. 1968년에 영국 과학자 D. Cleaver는 인간의 유전성 질병이 색소성 건피증이라는 사실을 증명했는데, 그 징후는 발적, 성장의 형성, 종종 햇빛에 노출된 부위의 피부 부위의 악성 변성 및 시각적인 현상을 동반합니다. 절단 복구 효소의 활동 결함으로 인해 발생하는 손상, 신경계 및 기타. 나중에 인간의 유전성 질병 중 일부가 유전자 복구 과정의 위반으로 인해 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 질병에는 왜소증, 조기 노화 및 진행성 치매를 유발하는 허친슨 증후군이 포함됩니다. 복구 효소를 코딩하는 유전자의 손상은 전신 홍반성 루푸스 및 기타 질병과 같은 비교적 흔한 질병의 여러 형태의 출현을 담당합니다.

이러한 질병의 분자적 특성을 연구하면 해당 질병의 치료 방법이 상대적으로 빠르게 개발될 수 있다는 희망을 갖게 됩니다. 이 방향의 진전은 유전자 복구 과정의 세부 사항을 연구하고 정상적인 유기체(특히 미생물)에서 활발하게 작동하는 효소를 분리하여 환자의 신체에 도입할 수 있는 가능성을 연구하는 것과 병든 유전자를 건강한 유전자로 대체하는 방법에 달려 있습니다. 유전 공학 참조). 두 번째 경로는 가설의 영역에만 남아 있지만 첫 번째 방향에서는 실험 작업이 시작되었습니다. 따라서 일본 연구자 K. Tanaka, M. Bekguchi 및 I. Okada는 1975년 말에 박테리아 바이러스에 감염된 박테리아 세포에서 분리한 복구 효소 중 하나를 성공적으로 사용하여 고통받는 환자에게서 채취한 세포의 결함을 제거했다고 보고했습니다. 색소 결핍으로 인해 피부 건조증. 이 효소가 인공적인 조건에서 배양된 인간 세포에 성공적으로 침투하기 위해서는 죽은 센다이 바이러스가 사용되었습니다. 그러나 현재까지 인체에서는 그러한 작업이 수행되지 않았습니다. 또 다른 방향은 복구 효소의 결함으로 인한 질병의 조기 진단 방법 개발과 관련이 있습니다.

DNA 복제를 수행하는 효소의 높은 정확성과 교정 메커니즘의 존재에도 불구하고 구성에 비상보적인 뉴클레오티드가 포함되어 있기 때문에 새로운 DNA 사슬을 합성하는 동안 오류가 여전히 발생합니다. 또한 세포 내 DNA 분자는 구조를 방해하는 다양한 물리적, 화학적 요인에 노출됩니다. 가장 흔한 DNA 손상은 다음과 같습니다.

퓨린과 데옥시리보스 사이의 (b-N)-글리코시드 결합이 끊어지는 현상(탈퓨린화)은 온도 상승으로 인해 가장 자주 발생합니다. 인간 세포에서는 하루에 5,000~10,000가지 행위가 수행됩니다. 탈순화;

시토신과 아데닌 잔기의 자발적인 탈아미노화로 각각 우라실과 하이포잔틴 잔기를 형성합니다(일일 게놈당 약 100건).

특수한 종류의 화학물질의 영향으로 질소 염기의 알킬화( 알킬화제);

- 윤달(삽입) 인접한 뉴클레오티드 쌍 사이의 일부 연결;

이중작용제의 영향으로 DNA 사슬 사이에 공유 가교가 형성됩니다.

자외선(UV) 흡수 시 발생하는 사슬 내 인접한 피리미딘 사이의 사이클로부탄 이합체(그림 2.2) 형성.

나열된 손상의 대부분은 복제 및 유전자 발현 과정을 방해합니다. 예를 들어 E. coli DNA의 각 티민 이합체는 복제를 10초 지연시킵니다. 또한 이러한 병변은 DNA 복제가 시작되기 전에 교정되지 않으면 돌연변이의 원인이 됩니다.

대부분의 경우 이러한 위반은 DNA 가닥 중 하나에서만 발생하는 반면, 대부분의 경우 손상 반대편의 두 번째 가닥에는 오류 수정을 위한 매트릭스 역할을 할 수 있는 "올바른" 서열이 포함되어 있습니다. 따라서 DNA의 이중 나선과 복구 효소의 구조에 대한 정보를 암호화한다는 사실은 한 종류의 분자 인 DNA에만 특징적인 복구라는 독특한 오류 수정 메커니즘을 가능하게합니다.

다양한 유기체에 존재하는 많은 복구 시스템과 메커니즘이 있으며, 그중에는 한 종류의 손상 수정에만 특정한 것이 있고 덜 구체적인 것도 있습니다. 편의상 현재 알려진 모든 복구 프로세스는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 1) 복제 참여가 필요하지 않고 DNA 위반을 직접 수정하는 프로세스입니다. 2) 복구 복제가 발생하는 동안 더 복잡한 프로세스. UV 조사로 인한 손상 복구와 관련하여 가장 잘 연구된 복구 메커니즘은 피리미딘 이합체입니다(그림 2.2).

자외선에 의존하는 효소는 자외선 조사 결과에 대한 가장 잘 알려진 복구 과정에 참여하기 때문에 복구 메커니즘도 빛(가시광선에서만 수행 가능)과 어둠(가시광선의 참여가 필요하지 않음)으로 구분됩니다. 빛) 수리.

직접적인 손상 복구를 위한 복구 메커니즘에는 구아닌 잔기의 탈알킬화와 인접한 피리미딘 염기 사이의 사이클로부탄 이량체의 단량체화가 포함됩니다. 메틸구아닌 잔기의 탈 알킬화는 다크 복구에 속하며 박테리아 세포와 영양소에 존재하는 효소의 참여로 발생합니다. O 6 -메틸구아닌 DNA 알킬 트랜스퍼라제는 효소의 시스테인 잔기의 설프하이드릴 그룹으로의 알킬 그룹의 전달을 촉매합니다(그림 2.3).

이 과정에서 피리미딘 뉴클레오티드 사이의 이합체 절단이 발생합니다. 광활성화- 후속 가시광선 노출로 인해 UV 방사선에 의해 손상된 DNA 분자 구조 복원(광 복구). 비효소적 단파 광활성화는 240 nm 파장의 자외선 작용 하에서 이량체의 단량체화와 효소적 광활성화로 구성되는 것으로 알려져 있습니다. 후자는 일반적으로 광반응 그 자체를 의미합니다. 이 과정은 300-600 nm 파장의 가시광선의 참여를 필요로 하며 특정 광활성화 효소(디옥시리보피리미딘 포토리아제)의 작용하에 수행됩니다. 포토리아제의 기질은 피리미딘 염기의 이량체로서 복합체를 형성합니다(효소는 손상되지 않은 DNA에 결합하지 않음). 흡수된 빛의 에너지를 사용하여 효소는 DNA 가닥을 끊지 않고 이합체를 파괴합니다(그림 2.4).

광재활성화 현상은 자연계에 널리 퍼져 있으며 마이코플라스마와 같은 원시 미생물에서도 발견됩니다. 광활성화 효소는 일부 고등 식물과 동물뿐만 아니라 연구된 모든 박테리아에서 발견됩니다. 단, Deinococcus radiodurans는 예외입니다. 그러나 UV 광선의 작용에 극도로 저항력이 있습니다. 이 박테리아는 자외선의 작용에 대한 저항력이 매우 높습니다. 대장균을 죽여라. 광재활성화 능력이 전혀 없음에도 불구하고 D. radiodurans는 강력한 절제 복구 시스템을 갖추고 있습니다.

왜곡된 영역의 교체와 관련된 복구 작업에는 가시광선의 참여가 필요하지 않으며 다른 효소 외에도 엑소뉴클레아제와 엔도뉴클레아제라는 두 가지 유형의 뉴클레아제가 중요한 역할을 합니다. 엑소뉴클레아제는 사슬 끝부터 시작하여 DNA를 절단하고, 엔도뉴클레아제는 내부 부분의 사슬을 공격하여 DNA에 단일 가닥 절단을 형성합니다. DNA 복구 합성과 관련된 다양한 유형의 복구 중에서 두 가지 주요 항목을 구별할 수 있습니다. 절제적인그리고 복제 후배상.

절제술 수리.절제 복구의 특징은 손상된 DNA 부분을 제거하는 것입니다. 이러한 유형의 복구는 광활성화만큼 DNA 손상에 특이적이지 않으며 피리미딘 이합체뿐만 아니라 DNA 구조의 다른 많은 변화를 교정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 절제 복구(그림 2.5, A)는 다단계 프로세스이며 다음 이벤트를 포함합니다.

1) 다음 단계를 수행하는 특정 엔도뉴클레아제에 의해 수행되는 DNA 손상 인식

2) 손상 근처의 DNA 가닥 하나를 절단 - 절개(엔도뉴클레아제 수행);

3) 손상과 함께 뉴클레오티드 그룹 제거 - 절단(엑소뉴클레아제 수행);

4) DNA 재합성 - 생성된 간격을 채우는 것(DNA 중합효소 활성);

5) 분자의 당-인산염 백본의 공유 결합 형성으로 인해 복구된 사슬의 연속성이 회복됩니다.

절제 복구 메커니즘은 자외선을 조사한 E. coli DNA에서 피리미딘 이합체를 암흑으로 제거하는 예를 사용하여 가장 잘 연구됩니다. 대장균 세포에서는 uvrA-D 유전자(이량체로 DNA 사슬의 한 부분을 잘라내는 효소의 구조를 암호화함)와 polA(의 재생 합성을 수행하는 DNA 중합효소 I의 구조를 결정함)가 있습니다. DNA)가 이 과정을 담당합니다. 이 절제 복구 방법의 특징은 티민 이합체의 양쪽에 단일 가닥 절단이 형성된다는 것입니다.

티민 이량체 형성과 관련된 손상을 포함하여 손상을 복구하기 위해 일부 유기체는 특수 효소인 N-글리코실라제의 참여를 포함하는 또 다른 유형의 절단 복구를 사용합니다. 이 경우 첫 번째 회복 사건은 손상된 염기(예: 이량체의 티민 중 하나, N-알킬화 퓨린 등)와 디옥시리보스 사이의 글리코시드 결합이 절단되는 것입니다. 따라서 지역적 아퓨린화, 또는 아피리미딘화; AP 특이적 엔도뉴클레아제에 의해 인식되는 소위 AP 사이트가 나타나 AP 사이트 옆의 포스포디에스테르 결합을 절단합니다. 그런 다음 정상적인 복구 합성을 통해 간격이 채워집니다.

다양한 N-글리코실라제가 박테리아 및 진핵 세포에서 발견되었습니다. 예를 들어, 우라실 DNA 글리코실라제는 dG/dC 쌍에서 데옥시사이토신 잔기의 자발적인 탈아미노화로 인해 잘못된 dG/dU 쌍을 인식합니다. 시토신의 탈아미노화는 복제 중에 dA/dT 돌연변이 뉴클레오티드 쌍의 출현으로 이어질 수 있습니다. 왜냐하면 수소 결합 형성의 관점에서 볼 때 우라실은 티민과 유사하게 행동하기 때문입니다. 이러한 유형의 또 다른 널리 퍼진 효소는 피리미딘 이량체-N-글리코실라아제이며, 이는 피리미딘 이량체 형성과 관련된 손상을 복구할 때 아피리미딘 부위를 생성합니다.

탈퓨린화 또는 탈피리미딘화가 발생한 부위는 AP(아푸린산 및 아피리미딘산) 엔도뉴클레아제에 의해 절단됩니다. 전핵세포와 진핵세포에는 다양한 AR 엔도뉴클레아제가 있습니다. 이들 중 일부는 AP 부위의 3' 측 가닥에 흠집을 내고 다른 일부는 5' 측에서 디에스테르 결합을 절단합니다. 두 경우 모두 3'-하이드록실과 5'-포스포릴 말단이 형성됩니다. 이를 통해 엑소뉴클레아제는 손상과 함께 절단 부위 양쪽의 인접한 잔류물을 제거할 수 있습니다.

다양한 유형의 절제 복구가 포유류를 포함한 친핵생물과 진핵생물에 널리 퍼져 있습니다. 절단 복구 과정의 교란은 극적인 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 인간에게는 유전병이 알려져 있습니다. 색소성 건피증, 그 주요 증상은 햇빛에 대한 민감도가 증가하여 피부암이 발생하는 것입니다. 이 환자들에서는 다양한 절제 복구 결함이 발견되었습니다.

복제 후 복구. 이러한 유형의 복구에는 재조합 사건(rec 유전자)에도 관여하는 유전자 산물의 참여가 필요하며, Rec 돌연변이 세포에서는 수행되지 않으므로 이를 재조합 복구라고도 합니다. 복제 후 재조합 복구는 손상된 DNA의 복제 및 재조합 과정을 기반으로 하며, 손상 인식 단계가 없기 때문에 고려된 모든 복구 유형 중에서 가장 덜 구체적입니다. 이것은 상당히 빠른 복구 방법입니다. 토종의딸(새로 합성된) 가닥의 DNA 구조: 방사선 조사 후 첫 몇 분 안에 이미 복구가 일어나는 것으로 나타났습니다. 이 프로세스의 특징은 원래(모) 체인의 손상을 보존하는 것입니다(그림 2.5, B).

빠른 속도와 함께 몇 시간이 소요되는 느린 복제 후 복구도 있습니다. 이는 조사되지 않은 세포에는 없고 조사에 의해 유도되는 효소 시스템에 의해 생성됩니다. 이 메커니즘을 SOS 복구라고 합니다. 그 놀라운 차이점은 DNA가 이미 손상되었다는 사실에도 불구하고 돌연변이 빈도가 크게 증가한다는 것입니다. 이는 손상을 포함하는 DNA 가닥을 주형으로 사용한 결과일 수 있습니다.

복제 후 복구는 박테리아뿐만 아니라 포유류를 포함한 진핵 세포에도 존재합니다.

DNA 합성은 반보존적 메커니즘에 따라 발생합니다. 즉, 각 DNA 가닥이 복사됩니다. 합성은 섹션에서 발생합니다. DNA 중복 오류를 제거하는 시스템이 있습니다 (광복원, 생식 전 및 생식 후 배상)). 수리 과정은 최대 20시간으로 매우 길고 복잡합니다. 제한효소는 DNA의 부적절한 부분을 잘라내고 다시 재건합니다. 보상은 결코 100% 효율성으로 진행되지 않으며 만약 그렇다면 진화적 변이는 존재하지 않을 것입니다. 복구 메커니즘은 DNA 분자에 두 개의 상보적인 사슬이 존재한다는 사실에 기초합니다. 그 중 하나의 뉴클레오티드 서열의 왜곡은 특정 효소에 의해 감지됩니다. 그런 다음 해당 부분이 제거되고 두 번째 상보적인 DNA 가닥에서 합성되는 새로운 부분으로 대체됩니다. 이런 종류의 보상을 배상이라고 합니다. 절단,저것들. 절단으로. 다음 복제 주기 이전에 수행되므로 이를 복제 주기라고도 합니다. 사전 복제.절단 복구 시스템이 한 DNA 가닥에서 발생한 변화를 수정하지 못하는 경우 복제 중에 이 변화가 고정되어 두 DNA 가닥의 특성이 됩니다. 이로 인해 한 쌍의 상보적인 뉴클레오티드가 다른 쌍으로 대체되거나 변경된 부분에 대해 새로 합성된 사슬이 끊어지는 현상이 나타납니다. 정상적인 DNA 구조의 복원은 복제 후에도 발생할 수 있습니다. 회복 후 배상새로 형성된 두 개의 DNA 이중나선 사이의 재조합에 의해 수행됩니다. 복제 전 및 복제 후 복구 중에 손상된 DNA 구조의 대부분이 복원됩니다. 복구에도 불구하고 세포의 손상 정도가 여전히 높으면 DNA 복제 과정이 차단됩니다. 이 세포는 분열되지 않습니다.

19. 유전자, 그 속성. 유전자 코드, 그 속성. RNA의 구조와 유형. 가공, 접합. 유전 정보를 구현하는 과정에서 RNA의 역할.

유전자 – 폴리펩티드 사슬이나 거대분자의 구조에 대한 정보를 전달하는 DNA 분자의 한 부분. 한 염색체의 유전자는 선형으로 배열되어 연결군을 형성합니다. 염색체의 DNA는 다양한 기능을 수행합니다. 다양한 유전자 서열이 있고, 유전자 발현, 복제 등을 제어하는 ​​유전자 서열이 있습니다. 폴리펩티드 사슬의 구조, 궁극적으로 구조 단백질에 대한 정보를 포함하는 유전자가 있습니다. 한 유전자 길이의 이러한 뉴클레오티드 서열을 구조 유전자라고 합니다. 구조 유전자의 활성화 장소, 시간, 지속 기간을 결정하는 유전자가 조절 유전자이다.

유전자는 수천 개의 뉴클레오티드 쌍으로 구성되어 있지만 크기는 작습니다. 유전자의 존재는 유전자 특성(최종 산물)의 발현으로 확립됩니다. 유전 장치의 구조와 그 작동에 대한 일반적인 다이어그램은 1961년 Jacob과 Monod에 의해 제안되었습니다. 그들은 구조 유전자 그룹을 가진 DNA 분자의 한 부분이 있다고 제안했습니다. 이 그룹에 인접한 영역은 200개 뉴클레오티드 쌍의 영역, 즉 프로모터(DNA 의존성 RNA 중합효소에 인접한 영역)입니다. 이 영역은 작동 유전자에 인접해 있습니다. 전체 시스템의 이름은 오페론입니다. 조절은 조절 유전자에 의해 수행됩니다. 결과적으로, 억제 단백질은 작동 유전자와 상호 작용하고 오페론이 작동하기 시작합니다. 기질은 조절인자를 통해 유전자와 상호작용하고 오페론은 차단됩니다. 피드백 원칙. 오페론의 발현이 전체적으로 통합됩니다.

진핵생물에서는 유전자 발현이 연구되지 않았습니다. 그 이유는 심각한 장애물입니다.

염색체 형태의 유전 물질의 조직

다세포 유기체에서는 세포가 특수화되어 일부 유전자가 꺼집니다.

히스톤 단백질이 존재하는 반면, 원핵생물은 "알몸" DNA를 가지고 있습니다.

DNA는 거대분자이므로 핵에서 세포질로 들어가 정보를 전달할 수 없습니다. m-RNA 덕분에 단백질 합성이 가능합니다. 진핵세포에서는 전사가 엄청난 속도로 일어난다. 먼저 pro-i-RNA 또는 pre-i-RNA가 나타납니다. 이는 진핵생물에서 mRNA가 처리(성숙)의 결과로 형성된다는 사실로 설명됩니다. 유전자는 불연속적인 구조를 가지고 있습니다. 코딩 영역은 엑손이고 비코딩 영역은 인트론입니다. 진핵 생물의 유전자는 엑손-인트론 구조를 가지고 있습니다. 인트론은 엑손보다 길다. 처리하는 동안 인트론이 "잘려집니다"(접합). 성숙한 mRNA가 형성된 후 특수 단백질과 상호 작용한 후 정보를 세포질로 전달하는 정보체(informosome) 시스템으로 전달됩니다. 이제 엑손-인트론 시스템이 잘 연구되었습니다(예: 종양유전자 P-53). 때로는 한 유전자의 인트론이 다른 유전자의 엑손인 경우 접합이 불가능합니다. 처리와 접합은 서로 멀리 떨어져 있는 구조를 단일 유전자로 결합할 수 있으므로 진화적으로 매우 중요합니다. 이러한 과정은 종분화를 단순화합니다. 단백질은 블록 구조를 가지고 있습니다. 예를 들어, 효소는 DNA 중합효소입니다. 연속적인 폴리펩티드 사슬이다. 이는 자체 DNA 중합효소와 DNA 분자를 끝에서 절단하는 엔도뉴클레아제로 구성됩니다. 효소는 폴리펩티드 다리로 연결된 2개의 독립적인 소형 입자를 형성하는 2개의 도메인으로 구성됩니다. 두 효소 유전자 사이의 경계에는 인트론이 있습니다. 도메인은 한때 별도의 유전자였지만 나중에는 더 가까워졌습니다. 이러한 유전자 구조를 위반하면 유전자 질환이 발생합니다. 인트론 구조의 위반은 표현형적으로 보이지 않으며, 엑손 서열의 위반은 돌연변이(글로빈 유전자의 돌연변이)로 이어집니다.

세포 내 RNA의 10~15%는 전달 RNA입니다. 보완적인 지역이 있습니다. 특별한 삼중항(안티코돈, 상보적인 뉴클레오티드가 없는 삼중항)인 GGC가 있습니다. 두 개의 리보솜 하위단위와 mRNA의 상호작용이 개시를 유도합니다. 펙티딜과 아미노아실의 2개 부위가 있습니다. 그들은 아미노산에 해당합니다. 폴리펩티드 합성은 단계별로 일어난다. 신장(Elongation) - 폴리펩타이드 사슬을 만드는 과정은 넌센스 코돈에 도달할 때까지 계속되다가 종료됩니다. 폴리펩티드의 합성이 끝나고 ER 채널로 들어갑니다. 하위 단위가 분리됩니다. 세포에서는 다양한 양의 단백질이 합성됩니다.