Regeneravimo ir remonto etapas. Remontas

DNR taisymas- tai yra jo taisymas, tai yra klaidų, atsirandančių molekulės struktūroje, taisymas. Žodis „remontas“ kilęs iš anglų kalbos „remontas“, išverstas kaip „remontas“, „remontas“ ir kt.

DNR struktūros klaidos, kurias galima ištaisyti, dažniausiai reiškia nukleotidų sekos pažeidimą - struktūrinius vienetus, sudarančius kiekvieną DNR grandinę. DNR molekulė susideda iš dviejų viena kitą papildančių grandinių. Tai reiškia, kad pažeidus vienoje iš grandinių, naudojant antrą nepažeistą grandinę, galima atkurti pažeistą pirmosios grandinę. Be to, eukariotinėse ląstelėse kiekviena chromosoma yra homologinė, tai yra, turi tą patį genų rinkinį (bet ne alelius). Ekstremaliais atvejais, kai yra pažeista dalis abiejose molekulės gijose, ji gali būti nukopijuota iš homologinės chromosomos. Be to, po ląstelės ciklo S fazės, kai įvyksta replikacija (savaiminė kopijavimas), kiekviena chromosoma susideda iš dviejų dvigrandžių chromatidžių, kurios yra identiškos viena kitai, t.y. iš esmės dvi identiškos DNR molekulės. Tai taip pat gali būti naudojama norint atkurti pradinę pažeistos molekulės struktūrą.

Evoliucijos eigoje atsirado daug skirtingų ląstelių molekulinių mechanizmų, atsakingų už DNR taisymą. Tai daugiausia įvairūs fermentai ir jų kompleksai. Kai kurie iš jų taip pat dalyvauja replikacijoje. Ypač pavojinga pažeisti tokius fermentus koduojančius genus. Tai veda prie vieno ar kito remonto mechanizmo praradimo. Tokiu atveju ląstelėse greičiau kaupiasi pažeidimai ir mutacijos. Tai dažnai sukelia nekontroliuojamai besidalijančių ląstelių atsiradimą, ty auglių atsiradimą.

Kita vertus, jei DNR pažeidimas yra ypač sunkus, ląstelėse įsijungia savęs naikinimo mechanizmas ( apoptozė). Taigi tokioms ląstelėms neleidžiama dalytis, o tai reiškia, kad naujos kartos DNR pažeidimai nebus reikšmingi.

DNR struktūros klaidos gali atsirasti įvairiuose jos egzistavimo etapuose (sintezės metu, prieš ir po sintezės), dėl įvairių priežasčių (atsitiktinai, veikiant chemiškai aktyvioms medžiagoms, radiacijai ir pan.). Be to, pokyčiai gali būti skirtingi (nukleotido cheminės grupės praradimas arba papildomos grupės pridėjimas, nukleotido pakeitimas kitu, cheminio ryšio tarp dviejų gretimų nukleotidų užmezgimas, grandinės pertrauka, dalies praradimas ir kt.) . Dėl tokios įvairovės sunku klasifikuoti remonto mechanizmus. Jie dažnai skirstomi į tuos, kurie atsiranda replikacijos metu, iškart po replikacijos ir per likusį ląstelės gyvavimo ciklą. Žemiau pateikiamos dažniausiai ištirtos DNR struktūros pokyčių priežastys ir taisymo metodai.

Reikėtų nepamiršti, kad ne visos klaidos ištaisomos, palyginti nedidelės ir nekritinės gali būti perduotos kitai ląstelių ir organizmų kartai. Jų negalima vadinti žala, veikiau mutacijomis. Dauguma mutacijų yra žalingos, tačiau neutralios arba naudingos tam tikromis aplinkos sąlygomis yra medžiagos evoliucijai. Taigi DNR atstatymo mechanizmų netobulumas užtikrino gyvybės įvairovę mūsų planetoje.

Nukleotidų sekos korekcija replikacijos metu

DNR polimerazės atlieka didžiąją dalį DNR replikacijos darbo, pridėdamos nukleotidą po nukleotido į naują grandinę. Be pagrindinės funkcijos, daugelis polimerazių gali pašalinti paskutinį neteisingai prijungtą nukleotidą, ty tą, kuris nėra komplementarus šablono grandinės nukleotidui.

Nukleotidų cheminė struktūra gali būti šiek tiek pakeista. Tuo pačiu metu jie pradeda jungtis vandeniliniais ryšiais, o ne vienas kitą papildančiais partneriais. Pavyzdžiui, citozinas turi jungtis su guaninu. Tačiau pakitusi jo forma sudaro vandenilinius ryšius su adeninu, su kuriuo turėjo susijungti timinas.

Kai susintetinama nauja DNR grandinė, kitas nukleotidas pirmiausia vandeniliniais ryšiais sujungiamas su papildoma šablono baze. Tada polimerazė suriša jį su augančios grandinės pabaiga kovalentine jungtimi.
Tačiau jei tai buvo modifikuotas nukleotidas, kuris netinkamai prisijungė prie pagrindinės grandinės papildomos bazės, tada jis paprastai greitai grįžta į pradinę formą ir tampa nekomplementarus. Vandenilio ryšiai nutrūksta, todėl naujos grandinės gale lieka laisvai kabantis nukleotidas, kovalentiškai susietas su sintezuojama grandine.

Tokiu atveju DNR polimerazė negali prijungti kito nukleotido ir neturi kito pasirinkimo, kaip pašalinti šį klaidingą nukleotidą.

Jei vandenilio ryšiai nenutrūks, grandinė toliau augs už klaidingo nukleotido ribų, o taškinė mutacija išliks. Jis gali būti pašalintas po replikacijos.

Sutaisykite iš karto po replikacijos

Susintetinus naują DNR grandinę, tam tikri fermentų kompleksai atpažįsta netinkamai susietas bazes. Šiuo atveju iškyla naujos ir senos DNR molekulės grandinių nustatymo problema. Naujasis išsiskiria tuo, kad nėra metilintų bazių, o eukariotuose – laikinomis pertraukomis. Remiantis šiomis savybėmis, fermentų kompleksai nustato naujai susintetintą grandinę. Taigi, nekomplementariose bazių porose „klaida“ yra naujos grandinės nukleotidas.

Kai nustatoma klaida, kiti fermentai išpjauna visą DNR dalį, kurioje yra neteisinga bazė, o ne tik vieną nukleotidą. Po to polimerazė atkuria šią sekciją, o ligazė susieja ją su likusia grandinės dalimi. Šis mechanizmas, kai išpjaunama DNR dalis ir vėl sintetinama, vadinamas ekscizinis remontas(nuo žodžio iškirpimas - pjovimas, pjovimas), jis yra gana universalus ir naudojamas daugeliu taisymo atvejų, o ne tik „tikrinant“ DNR iškart po replikacijos.

DNR pažeidimo taisymo mechanizmai

Organizmo DNR gali keistis ne tik dėl klaidų replikacijos metu. Ląstelė gyvena, yra veikiama nepalankių išorinių veiksnių, gali keistis jos vidinė biocheminė aplinka, išprovokuoti DNR kenksmingas reakcijas. Dėl to vienaip ar kitaip pažeidžiama genetinė medžiaga. Priklausomai nuo pažeidimo tipo ir masto, įjungiami įvairūs taisymo mechanizmai, kuriuose dalyvauja šiek tiek skirtingi fermentinių kompleksų rinkiniai.

1. Yra fermentų, kurie pakeičia nukleotidų pokyčius in situ nepašalindami DNR dalių. Kitaip tariant, jei grandinėje buvo nukleotidas, kuriame yra bazinis guaninas (G), kuris dėl cheminės reakcijos prijungė metilo grupę ir tapo metilo guaninu, fermentas pavers jį atgal į guaniną. Iš esmės toks DNR taisymas yra susijęs su tam tikrų atomų grupių prijungimu ir atsiskyrimu.

2. Netekus purino bazių, gali atsirasti ekscizijos taisymas. Deamininimo ir kai kurių kitų bazių struktūrinių pokyčių atveju glikozilazės fermentai išskiria tik pažeistą nukleotidų bazę. Ir tik po to atliekamas standartinis iškirpimas.

3. Taip pat išpjaunama pjūvis dimerų susidarymo metu, kai du gretimi nukleotidai susijungia vienas su kitu. Paprastai tokios reakcijos atsiranda dėl ultravioletinių spindulių poveikio. Dimero susidarymas išprovokuoja papildomų DNR grandžių išsiskyrimą šioje ir netoliese esančiose srityse. Susidaro burbulas, kurį atpažįsta fermentai. Toliau prasideda ekscizinis remontas.

4. Yra toks didelis DNR molekulių pažeidimas, kai toje pačioje vietoje sutrinka abiejų jos grandinių struktūra. Tokiu atveju pagal papildomumo principą nebeįmanoma atkurti vienos grandinės iš kitos. Vienas iš tokios žalos pavyzdžių yra DNR molekulės suskaidymas į dvi dalis, pavyzdžiui, dėl stiprios radioaktyviosios spinduliuotės poveikio.

Jei pažeistos abi DNR molekulės grandinės, vietoj pažeistos dalies įterpiama homologinės chromosomos arba seserinės chromatidės atkarpa. Pertraukos atveju taip pat yra fermentų, kurie gali vėl prijungti sulaužytą DNR dalį. Tačiau kai kurie nukleotidai gali būti prarasti, o tai savo ruožtu gali sukelti rimtų mutacijų.

Rekombinacinis taisymas presintetiniu ląstelių ciklo periodu gali įvykti tik tarp homologinių chromosomų, nes kiekviena chromosoma šiuo laikotarpiu susideda tik iš vienos chromatidės. Posintetiniu laikotarpiu, kai chromosomos susideda iš dviejų identiškų chromatidžių, sritis gali būti pasiskolinta iš seserinės chromatidės.

Reikėtų pabrėžti, kad seserinės chromatidės turi iš pradžių identišką alelių rinkinį (jei nebuvo perėjimo). Homologinės chromosomos neturi. Taigi tikroji rekombinacija genetiniu požiūriu įvyksta tik homologinių chromosomų mainų atveju. Nors čia abiem atvejais kalbame apie rekombinaciją.

Panagrinėkime šį pavyzdį. Tarkime, DNR atsirado timino dimeras, kuris prieš replikaciją nebuvo pataisytas. Replikacijos proceso metu pradinės DNR molekulės grandinės skiriasi ir ant kiekvienos jų sukuriama nauja papildoma grandinė. Šablono grandinėje, kurioje yra timino dimeras, šiame regione negalima sukurti naujos grandinės atkarpos. Šiuo metu tiesiog nėra normalaus modelio. Dukteriniame siūle atsiranda tarpas, o motininiame siūle lieka dimeris. Tai yra, ši DNR molekulė „nežino“, kokia yra teisinga regiono nukleotidų seka.

Vienintelė išeitis šiuo atveju – pasiskolinti DNR gabalėlį iš kitos chromatidės. Jis nešamas iš vienos iš jos grandinių. Čia susidaręs tarpas yra suformuotas pagal papildomos grandinės šabloną. Perkelta pažeistos molekulės vieta užpildo dukterinės grandinės spragą; motininėje grandinėje ir toliau bus dimeras, kurį vėliau bus galima pataisyti.

Teikia savarankišką genetinės medžiagos kopijavimą. Tuo pačiu metu, dėl komplementarumo principo, dukterinės grandinės nukleotidų sekų suderinimo su šablono tikslumas yra labai didelis. Be to, DNR yra gana chemiškai inertiška medžiaga, kuri užtikrina didesnį jos stabilumą lyginant, pavyzdžiui, su RNR. Tačiau to nepakanka, nes DNR vis tiek gali būti pažeista išorinių poveikių, o replikacijos stadijoje taip pat gali atsirasti klaidų. Todėl ląstelės turi turėti mechanizmus, skirtus ištaisyti žalą ir sintezės klaidas, t.y DNR taisymas.

Yra daug taisymo mechanizmų, atliekamų skirtinguose DNR sintezės etapuose, taip pat atsižvelgiant į pasitaikančių klaidų tipą.

Kartu taisymo mechanizmai žymiai sumažina klaidų dažnį DNR molekulėse ir yra skirti išlaikyti paveldimos medžiagos stabilumą. Tačiau kadangi nepašalinami visi DNR struktūros pokyčiai, atsiranda mutacijų, kurių dėka Žemėje atsirado įvairių gyvų organizmų.

DNR polimerazės klaidų pašalinimas

Visų pirma, pati DNR polimerazė, augindama naują DNR grandinę, patikrina, ar prie augančios grandinės prijungtas tinkamas nukleotidas.

Yra pakitusių azoto bazių formų, kurios gali komplementariai jungtis su šabloniniais nukleotidais. Tokiu būdu pakitusi citozino forma gali prisijungti prie adenino. Polimerazė prijungs šį galutinį nukleotidą prie augančios grandinės, tačiau jis greitai virs įprastu pavidalu – taps paprastu citozinu. Tokiu atveju vandeniliniai ryšiai sunaikinami (nes komplementarumas nutrūksta), o pabaigoje gaunamas nesuporuotas nukleotidas, bet kovalentiškai prijungtas prie susintetintos grandinės. Polimerazė negali toliau išplėsti grandinės. Pati polimerazė arba su ja susijęs fermentas endonukleazės redagavimas atskirkite paskutinį „neteisingą“ nukleotidą.

Dėl šio savitaisymo mechanizmo replikacijos klaidų dažnis sumažėja 10 kartų. Jei klaidingo nukleotido pridėjimas DNR sintezės stadijoje yra 10 -5, tai polimerazės taisomasis aktyvumas sumažina jų skaičių iki 10 -6.

Reparacijos mechanizmai

DNR polimerazė ištaiso kai kurias replikacijos klaidas, bet ne visas. Be to, DNR nukleotidų sekos pokyčiai atsiranda ir po DNR padvigubėjimo. Taip gali būti prarastos purino bazės (adeninas ir guaninas), o citozinas deaminuojamas ir virsta uracilu. Šie ir kiti pokyčiai dažniausiai atsiranda dėl tam tikrų chemiškai aktyvių medžiagų, esančių chromosomą supančioje aplinkoje. Nemažai tokių junginių sutrikdo įprastą bazių poravimąsi. Veikiant ultravioletinei spinduliuotei, dvi gretimos timino liekanos gali sudaryti ryšius tarpusavyje, atsiranda timino dimerai.

Egzistuoja tiesioginis atlyginimas, kai, jei įmanoma, pirminė nukleotidų struktūra atkuriama fermentiniu būdu, be ekscizijos.

Ekscizijos remontas

Iškirpimas arba išankstinis replikacinis taisymas įvyksta prieš kitą replikacijos ciklą.

Yra fermentų klasė, kuri aptinka pakitusias nukleotidų sekas vienoje iš komplementarių DNR grandžių. Po to klaidinga sekcija pašalinama ir pakeičiama naujai susintetinta. Šiuo atveju matrica yra papildomos „teisingo“ gijos dalis.

Remonto fermentai dažniausiai aptinka klaidas naujoje DNR grandinėje, o ne šablone. Yra nedidelis skirtumas tarp dviejų tos pačios DNR molekulės grandinių azoto bazių metilinimo laipsnio. Dukterinėje grandinėje jis atsilieka nuo sintezės. Fermentai atpažįsta tokią grandinę ir būtent joje koreguoja dalis, kurios vienaip ar kitaip nepapildo senosios grandinės atkarpų. Be to, signalu gali pasitarnauti siūlelio, kuris eukariotuose susintetinamas fragmentais, pertraukos.

Fermentas endonukleazė galintis nustatyti purino bazių praradimą. Šis fermentas pažeidimo vietoje suardo fosfoesterio ryšį. Toliau ateina fermentas egzonukleazė, kuris pašalina skyrių, kuriame yra klaida. Po to skylė sukuriama pagal matricos komplementarumą.

DNR glikozilazės- visa klasė fermentų, kurie atpažįsta DNR pažeidimus dėl deaminacijos, alkilinimo ir kitų struktūrinių jos bazių pokyčių. Glikozilazės pašalina bazes, o ne nukleotidus. Po to DNR grandinės dalys be bazių taisomos taip pat, kaip ir purinų „remonto“ metu.

Reikėtų pažymėti, kad azoto bazių deamininimas gali padaryti neįmanoma atkurti pradinės nukleotidų sekos. Kai kurios bazinės poros pakeičiamos kitomis (pavyzdžiui, C-G bus pakeista T-A).

Fermentai, pašalinantys sritis su timino dimerais, atpažįsta ne atskiras klaidingas bazes, o ilgesnes pakitusios DNR dalis. Čia taip pat pašalinama sekcija, o jos vietoje susintetinama nauja. Be to, timino dimerai gali būti spontaniškai pašalinami veikiant šviesai – taip vadinami lengvas remontas.

Remontas po replikacijos

Jei ikireplikacinis taisymas nepataiso pakitusių DNR sekcijų, tada jos fiksuojamos replikacijos metu. Vienoje iš dukterinių DNR molekulių bus pakitimų abiejose jos grandinėse. Jame vienos komplementarių nukleotidų poros pakeičiamos kitomis arba naujai susintetintoje grandinėje atsiranda tarpai priešais pakeistas šablono dalis.

Poreplikacinė taisymo sistema gali atpažinti tokius DNR pokyčius. Šiame etape DNR pažeidimo taisymas atliekamas keičiantis fragmentais (t.y. rekombinacija) tarp dviejų naujų DNR molekulių, kurių vienoje yra pažeidimas, kitoje – ne.

Tai atsitinka su timino dimerais, kurie nebuvo pašalinti ankstesniais veiksmais. Tarp dviejų gretimų timinų yra kovalentiniai ryšiai. Dėl šios priežasties jie negali sudaryti vandenilinių jungčių su kovalentine grandine. Dėl to, kai ant šablono grandinės, kurioje yra timino dimeras, susintetinama dukterinė grandinė, joje susidaro tarpas. Šią pertrauką atpažįsta remonto fermentai. Akivaizdu, kad ši DNR molekulė neturi tinkamo skyriaus (vienoje grandinėje yra timino dimeras, kitoje – skylė). Todėl vienintelė išeitis yra paimti DNR atkarpą iš „sveikos“ molekulės, kuri paimta iš šios DNR molekulės šabloninės grandinės. Čia atsiradusi skylė užpildoma pagal papildomumo principą.

SOS sistema

Didelė dalis DNR pažeidimų yra pataisoma naudojant aprašytus taisymo mechanizmus. Tačiau jei klaidų yra per daug, dažniausiai įjungiama vadinamoji SOS sistema, susidedanti iš savo fermentų grupės, galinčios užpildyti skyles, nebūtinai laikantis papildomumo principo. Todėl SOS sistemos aktyvavimas dažnai sukelia mutacijas.

Jei DNR pokytis yra per didelis, replikacija blokuojama ir ląstelė nesidalija.

Genetinis reparacija- genetinės žalos pašalinimo ir paveldimo aparato atkūrimo procesas, vykstantis gyvų organizmų ląstelėse, veikiant specialiais fermentais. Ląstelių gebėjimą atitaisyti genetinę žalą pirmą kartą 1949 metais atrado amerikiečių genetikas A. Kellneris. Vėliau buvo tiriami įvairūs mechanizmai, kaip pašalinti pažeistas paveldimos medžiagos vietas, ir buvo nustatyta, kad genetinė regeneracija būdinga visiems gyviems organizmams. Matyt, gebėjimas atitaisyti genetinę žalą atsirado ankstyvosiose gyvybės Žemėje vystymosi stadijose ir pagerėjo gyvų būtybių evoliucijai: taisymo fermentai yra seniausiuose augalų ir gyvūnų pasaulio atstovuose. Iki šiol buvo atrasta daug specializuotų remonto fermentų, taip pat genų (žr. Gene), kurie kontroliuoja jų sintezę ląstelėse. Įrodyta, kad šių genų pokyčiai didina organizmo jautrumą nepalankiems ir žalingiems veiksniams, prisideda prie paveldimų pokyčių – mutacijų (žr. Mutagenezė), ligų atsiradimo ir priešlaikinio senėjimo. Nustatyta, kad kai kurios paveldimos žmogaus ligos išsivysto dėl remontinių fermentų sintezės sutrikimų. Išsamiai ištirtos dvi genetinio atkūrimo formos – fotoreaktyvacija ir tamsusis atstatymas.

Fotoreaktyvacija, arba šviesos redukcija, buvo atrasta 1949 m. A. Kellneris, tyrinėdamas biologinį spinduliuotės poveikį, atlikdamas eksperimentus su mikroskopiniais grybais ir bakterijomis, atrado, kad ląstelės, veikiamos ta pačia ultravioletinių spindulių doze, išgyvena daug geriau, jei po švitinimo tamsoje jie patalpinami normalios natūralios šviesos sąlygomis. Remiantis tuo, buvo pasiūlyta, kad šviesa pašalina kai kuriuos ląstelių genetinių struktūrų pažeidimus, atsirandančius veikiant ultravioletiniams spinduliams.

A. Kellnerio atrastam fotoreaktyvacijos efektui iššifruoti prireikė beveik dviejų dešimtmečių. Paaiškėjo, kad ultravioletinė spinduliuotė turi savybę sutrikdyti dezoksiribonukleino rūgšties molekulių (sutrumpintai kaip DNR – žr. Nukleino rūgštys), pernešančių genetinę informaciją, struktūrą. DNR molekulėje yra keturių tipų vadinamosios azotinės bazės: adeninas, guaninas, citozinas ir timinas – ir susideda iš dviejų į spiralę susuktų gijų. Dažnai viename siūle identiškos bazės yra viena šalia kitos. Veikiant ultravioletiniams spinduliams, cheminiai ryšiai nutrūksta kai kuriose azoto bazėse ir, jei taip nutinka, pavyzdžiui, netoliese esančiose timino bazėse, jie susijungia tarpusavyje, sudarydami vadinamąjį timino dimerą. Timino dimerai smarkiai pažeidžia DNR dvigubos spiralės struktūrą, dėl to pasikeičia genetinio įrašo reikšmė, o tai lemia paveldimus defektus, kurie vėliau perduodami palikuonims, arba ląstelių mirtį. Norėdami „gydyti“ ir pašalinti šiuos pažeidimus, kai kurios ląstelės turi specialių fermentų, vadinamų fotoreaktyvuojančiais fermentais. Šie fermentai geba „atpažinti“ ultravioletinių spindulių pažeistas DNR sritis, prie jų prisirišti ir sunaikinti tarp dviejų timinų susidariusius ryšius, atstatydami pirminę (normalią) DNR struktūrą. Tačiau fotoreaktyvuojančių fermentų „terapinis poveikis“ – susietų DNR molekulės dalių skilimas ir pradinės normalios struktūros atkūrimas – atsiranda tik dalyvaujant šviesos energijai. Tada šviesa šiuose procesuose atlieka aktyvinančio veiksnio vaidmenį, sukeldama fotoreaktyvacijos reakciją. Iki šiol tai tebėra vienintelis biocheminių reakcijų pavyzdys, kai šviesos energija veikia kaip aktyvatorius.

Iš pradžių gebėjimas fotoreaktyvuoti buvo atrastas mikroorganizmuose, vėliau fotoreaktyvuojančių fermentų buvo aptikta kai kurių žuvų, paukščių, varliagyvių, vabzdžių, aukštesnių augalų ir dumblių ląstelėse. Ilgą laiką tokio tipo remonto nepavyko aptikti žinduoliams ir žmonėms. Tik 1969 m. buvo įrodyta, kad marsupinių gyvūnų ląstelės turi galimybę fotoreaktyvuotis. Šis faktas buvo paaiškintas šių senovės Žemės gyventojų biologijos ypatumais: buvo manoma, kad fotoreaktyvuojančio fermento buvimas marsupialuose turi išskirtinę reikšmę, nes tik jų (tarp kitų žinduolių) embrionas yra veikiamas saulės spindulių. (įskaitant ultravioletinę spinduliuotę) perkeliant jį į motinos maišelį. Naujausi tyrimai rodo, kad žmogaus odos ląstelėse gali būti fotoreaktyvuojančio fermento; Gali būti, kad dėl šios priežasties masinis ultravioletinis spinduliavimas, pavyzdžiui, saulės vonių metu, nepažeidžia žmogaus genetinio aparato.

Tamsi reparacija, skirtingai nei fotoreaktyvacija, yra universalus. Jis pašalina įvairius struktūrinius DNR pažeidimus, atsirandančius dėl įvairių radiacijos ir cheminių poveikių. Tamsaus taisymo gebėjimas buvo nustatytas visose ląstelių sistemose ir organizmuose. Mikrobų ląstelių gebėjimas atitaisyti genetinę žalą tamsoje buvo atrastas 1955 m., tačiau šio proceso detalės pradėtos aiškintis tik 1964 m. Paaiškėjo, kad tamsaus remonto mechanizmai iš esmės skiriasi nuo fotoreaktyvacijos mechanizmo. Pirmasis skirtumas yra tas, kad jei vykstant reakcijai šviesoje fotoreaktyvuojantis fermentas suskaido ultravioletinės spinduliuotės būdu susietas DNR molekulės dalis, tai tamsaus remonto metu pažeistos dalys pašalinamos iš DNR molekulės. Antrasis skirtumas yra susijęs su „išgydomų“ traumų skaičiumi. Fotoreaktyvuojantis fermentas yra aktyvus tik prieš vieno tipo DNR pažeidimus – timino dimerų susidarymą veikiant ultravioletiniams spinduliams. Fermentai, atliekantys tamsųjį taisymą, gali pašalinti įvairius struktūrinius DNR pažeidimus, atsirandančius dėl įvairaus poveikio ląstelėms – tiek cheminio, tiek spinduliavimo. Dėl tamsaus remonto atliekama savotiška molekulinė „chirurginė“ intervencija: „išpjaunamos“ pažeistos vietos, o susidarę „tarpai“ užpildomi lokalios sintezės būdu arba keičiant atkarpas tarp pažeistų ir nepažeistų DNR grandinių, kaip dėl to atkuriama pirminė normali struktūra. Tamsus remontas atliekamas kontroliuojant daugybei fermentų, kurių kiekvienas yra atsakingas už tam tikrą šio sudėtingo proceso etapą. Išsamiai ištirti du tamsaus remonto tipai – iškirpimas ir poreplikacinis. Atliekant ekscizijos taisymą, pažeista DNR dalis išpjaunama ir pakeičiama prieš prasidedant kitam ląstelių dauginimosi ciklui, o tiksliau – prieš prasidedant DNR molekulių padvigubėjimui (replikacijai). Biologinė šio proceso prasmė – užkirsti kelią paveldimų pakitimų (mutacijų) konsolidacijai palikuoniuose ir vėlesniam pakitusių formų dauginimuisi. Ekscizinis taisymas yra ekonomiškiausia ir efektyviausia genetinio atstatymo forma. Nustatyta, kad jam normaliai funkcionuojant mikroorganizmuose iki DNR replikacijos pradžios pašalinama iki 90 % esamų genetinių pažeidimų, o iš aukštesniųjų organizmų ląstelių – iki 70 %. Ekscizijos remontas atliekamas keliais etapais.

Pirmiausia specialus fermentas „perpjauna“ vieną iš DNR grandžių, esančią arti pažeistos vietos, tada pažeista vieta visiškai pašalinama, o susidariusią „tarpą“ užpildo specialūs fermentai (DNR polimerazės), aprūpinantys trūkstamas grandis. skolinantis juos iš nepažeistos sruogos. Mikroorganizmų, aukštesnių augalų ir gyvūnų ląstelėse, taip pat žmonių ląstelėse nustatytas ekscizijos taisymo gebėjimas.

Remontas po replikacijos- paskutinė galimybė ląstelei pašalinti esamą genetinę žalą ir apsaugoti palikuonis nuo paveldimų savybių pokyčių. Jeigu DNR atsiranda tiek pažeidimų, kad ekscizijos remonto metu ląstelė nespėja jų visiškai pašalinti arba pažeidžiami genai, lemiantys ekscizijos taisymo galimybę, tai dauginimosi (dvigubėjimo, replikacijos) proceso metu DNR dukterinės sruogos pažeidimo vietoje, esančios motininėse gijose, susidaro „tarpeliai“. Taip atsitinka dėl to, kad fermentas, atsakingas už DNR replikaciją (dukterinės grandinės sintezę motininėje DNR grandinėje), negali „skaityti“ iškreiptos informacijos pažeistame motininės grandinės taške. Todėl pasiekęs pažeistą vietą, kuri liko nepataisyta ekscizijos taisymo metu, šis fermentas sustoja, tada lėtai (šimtus kartų lėtesniu nei įprasta greičiu) praeina per pažeistą vietą ir atnaujina normalią dukterinės gijos sintezę, toldamas nuo šios vietos. . Tai atsitinka visuose taškuose, kur pagrindinė DNR grandinė lieka pažeista replikacijos pradžioje. Žinoma, jei pažeidimų skaičius yra per didelis, replikacija visiškai sustoja ir ląstelė miršta. Tačiau ląstelė negali ilgai egzistuoti su DNR molekulėmis, kuriose yra tarpų. Todėl po replikacijos, bet prieš ląstelių dalijimąsi, prasideda poreplikacinio atstatymo procesas. Prieš dalijantis ląstelei, susidaro dvi dvigrandės DNR molekulės. Jei vienoje iš jų vienoje grandinėje tam tikru momentu yra pažeidimas, o priešingoje grandinėje yra tarpas, tai kitoje dvigrandėje DNR molekulėje abi grandinės tuo metu bus normalios. Tokiu atveju gali įvykti DNR sekcijų apsikeitimas – rekombinacija (žr. Genas, genų mainai): iš normalios DNR molekulės bus išpjaunama nepažeista dalis ir įterpiama į pažeistos dalies vietą kitoje molekulėje, dėl kurios pažeista genetinė medžiaga bus pakeista normalia. Po to specialus fermentai (DNR polimerazės) užtaisys „tarpus“ (dabar jie tai galės padaryti, nes šioje vietoje nebus pažeistos abi molekulės), naujai susintetintos ir senos gijos bus sujungtos viena su kita, bus visiškai atkurta originali DNR struktūra. Atsižvelgiant į proceso, susijusio su rekombinacijos įgyvendinimu, pobūdį, šis poreplikacinis taisymas taip pat vadinamas rekombinacija.

Matyt, aprašytas mechanizmas nėra vienintelis būdas atkurti normalią DNR struktūrą po jos padvigubėjimo (replikacijos). Bet kokiu atveju yra žinomas mechanizmas, kai į tarpus, neatitinkančius pradinės taisomos DNR struktūros, įterpiamos nuorodos, t.y., atsiranda mutacijų. Gali būti, kad taip nutinka tais atvejais, kai ląstelė dėl vienokių ar kitokių priežasčių negali pataisyti savo DNR jokiu aukščiau aprašytu būdu ir ji turi paskutinę galimybę – arba išgyventi mutacijų kaina, arba mirti. Įvairių remonto sistemų sąveika, jų veiklos reguliavimas ląstelėje ir tikslus veikimo laikas dar nėra pakankamai ištirtas. Nustatyta, kad kai kuriais atvejais ląstelėje vyksta koordinuotas ekscizijos ir poreplikacinio remonto fermentų veikimas. Pavyzdžiui, jei dvi DNR grandinės yra sujungtos viena su kita (susiūtos), o tai atsiranda veikiant daugeliui nuodų (pavyzdžiui, nuodingos medžiagos garstyčių dujoms), tada pirmiausia taisymo reakcija prasideda ekscizijos taisymo fermentu, kuris pjauna. vieną DNR grandinę, o tada pradeda veikti poreplikaciniai remonto fermentai, užbaigdami procesą.

Žmogaus ląstelėse buvo aptiktos poreplikacinės atkūrimo fermentų sistemos. Dar nėra iki galo išaiškinta, kokie yra tikslūs fermentiniai mechanizmai, užtikrinantys tokio tipo atstatymą žmogaus ląstelėse, tačiau žinoma, kad žmogaus ląstelėse gali įvykti rekombinacija ir atsitiktinis spragų užpildymas, atsiradus mutacijomis. Santykinis žinomų genetinio remonto procesų efektyvumas taip pat neaiškus. Pavyzdžiui, nustatyta, kad ultravioletiniais spinduliais apšvitintos E. coli ląstelės, jei ekscizijos taisymo sistema veikia normaliai, gali pašalinti iki 1000 DNR pažeidimų. Kai DNR atsiranda daugiau pažeidimų, ląstelė miršta. Jei ekscizijos taisymo sistema yra išjungta, poreplikaciniu taisymu galima pašalinti tik apie 100 pažeidimų. Jei nėra abiejų taisymo sistemų, ląstelė miršta nuo vieno pažeidimo, atsirandančio DNR.

Reparacija ir mutacijos. Vėliau, atliekant pirmuosius genetinio remonto tyrimus, buvo nustatytas glaudus ryšys tarp pažeistų vietų pašalinimo ir mutacijų dažnio sumažėjimo. Vėliau buvo įrodyta, kad dėl remonto fermentų veiklos sutrikimų smarkiai padidėja mutacijų skaičius. Tuo pat metu dabar nustatyta, kad mutacijos gali atsirasti ir pačių genetinių atstatymo procesų metu dėl remonto fermentų darbo „klaidų“. Nors hipotezė, kad taisymo procesai dažniausiai atliekami be klaidų ir kad tik poreplikacinė taisymo reakcija, kurios metu į tarpus įterpiamos atsitiktinės bazės sukelia mutacijas, sulaukė daugiausiai pripažinimo, vis daugėja eksperimentinių duomenų, rodančių, kad net santykinai mažas klaidų taisymo skaičius lemia daug mutacijų, kurios aptinkamos tiek normaliomis (natūraliomis) sąlygomis, tiek ląsteles veikiant žalingiems veiksniams.

Reparacija skirtinguose organizmų individualaus vystymosi etapuose. Galimybė atlikti vienokią ar kitokią genetinę reparaciją gali keistis įvairiais organizmo vystymosi etapais. Tyrimai rodo, kad didžiausias visų žinduolių (taip pat ir žmonių) atstatymo procesų efektyvumas pasireiškia embriono (intrauterinio) vystymosi metu ir pradinėse organizmo augimo stadijose. Pavyzdžiui, ilgą laiką graužikams (žiurkėnams, žiurkėms, pelėms ir kitiems) nepavyko rasti ekscizijos taisymo reakcijos, o tik neseniai buvo nustatyta, kad tokio tipo atstatymas vyksta embriono vystymosi stadijoje ir sustoja. vėlesniuose etapuose. Jis dažnai atliekamas tik besidalijančiose ląstelėse, pavyzdžiui, besivystančiose embriono nervinėse ląstelėse. Jei sukuriate sąlygas, kurioms esant slopinamas šių ląstelių dalijimasis, pašalinamas ir vienos grandinės DNR lūžių, sukeltų, pavyzdžiui, rentgeno spinduliuotės, taisymas.

Remonto sutrikimai ir žmonių ligos. 1968 metais anglų mokslininkas D. Cleaveris įrodė, kad paveldima žmogaus liga yra pigmentinė kseroderma, kurios požymiai yra paraudimas, ataugų formavimasis, dažnai su piktybine odos plotų degeneracija saulės spindulių poveikio vietoje, taip pat regėjimas. sutrikimas, nervų sistemos ir kiti, atsiradę dėl ekscizijos taisymo fermentų veiklos defekto. Vėliau buvo nustatyta, kad kai kurias paveldimas žmonių ligas sukelia genetinių atstatymo procesų pažeidimai. Šios ligos apima Hutchinsono sindromą, sukeliantį nykštukumą, priešlaikinį senėjimą ir progresuojančią demenciją. Atkuriamuosius fermentus koduojančių genų pažeidimas lemia daugelio tokios gana dažnos ligos formų, kaip sisteminė raudonoji vilkligė ir kitų, atsiradimą.

Šių ligų molekulinės prigimties tyrimas suteikia pagrindo tikėtis, kad gana sparčiai vystysis jų gydymo metodai. Pažanga šia kryptimi priklauso tiek nuo genetinių atstatymo procesų detalių tyrimo, tiek nuo galimybės išskirti aktyviai veikiančius fermentus iš normalių organizmų (ypač mikrobų) ir vėliau juos patekus į paciento organizmą, tiek nuo sergančių genų pakeitimo sveikais metodų. žr. Genetinė inžinerija). Nors antrasis kelias lieka tik hipotezių sferoje, eksperimentinis darbas buvo pradėtas pirmoje kryptyje. Taigi japonų mokslininkai K. Tanaka, M. Bekguchi ir I. Okada 1975 m. pabaigoje pranešė apie sėkmingą vieno iš atkuriamų fermentų, išskirtų iš bakterijų ląstelių, užkrėstų bakteriniu virusu, panaudojimą, siekiant pašalinti ląstelių defektą, paimtą iš sergančio paciento. nuo pigmentacijos nepakankamumo.. kseroderma. Kad šis fermentas sėkmingai prasiskverbtų į žmogaus ląsteles, auginamas dirbtinėmis sąlygomis, buvo panaudotas nužudytas Sendai virusas. Tačiau iki šiol toks darbas su žmogaus organizmu nebuvo atliktas. Kita kryptis susijusi su ankstyvos ligų, kurias sukelia remonto fermentų defektai, diagnostikos metodų kūrimu.

Nepaisant didelio DNR replikaciją vykdančių fermentų tikslumo ir korektūros mechanizmo, naujų DNR grandinių sintezės metu vis dar pasitaiko klaidų, nes į jų sudėtį įtraukiami nekomplementarūs nukleotidai. Be to, ląstelėse esančios DNR molekulės yra veikiamos įvairių fizinių ir cheminių veiksnių, kurie sutrikdo jų struktūrą. Dažniausiai pasitaikantys DNR pažeidimai yra šie:

(b-N)-glikozidinių ryšių tarp purino ir dezoksiribozės nutrūkimas (depurinacija), kuris dažniausiai atsiranda dėl padidėjusios temperatūros. Per dieną žmogaus ląstelėje atliekama nuo 5000 iki 10000 veiksmų. depurinacija;

Savaiminis citozino ir adenino likučių deamininimas, kad susidarytų atitinkamai uracilo ir hipoksantino liekanos (maždaug 100 įvykių viename genome per dieną);

Azoto bazių alkilinimas, veikiant specialios klasės cheminėms medžiagoms ( alkilinančios medžiagos);

- interkalacija kai kurių jungčių (įterpimas) tarp gretimų nukleotidų porų;

Kovalentinių kryžminių ryšių tarp DNR grandinių susidarymas veikiant dvifunkciniams agentams;

Ciklobutano dimerų susidarymas (2.2 pav.) tarp gretimų grandinės pirimidinų, atsirandantis sugėrus ultravioletinę šviesą (UV).

Dauguma išvardintų pažeidimų sutrikdo replikacijos ir genų ekspresijos procesus, pavyzdžiui, kiekvienas E. coli DNR timino dimeras atideda replikaciją 10 s. Be to, šie pažeidimai yra mutacijų šaltinis, jei jie nėra ištaisyti prieš prasidedant DNR replikacijai.

Dažniausiai tokie pažeidimai įvyksta tik vienoje iš DNR grandžių, o antroje, esančioje priešais pažeidimą, daugeliu atvejų yra „teisinga“ seka, kuri gali būti klaidų taisymo matrica. Taigi, dviguba DNR spiralė, taip pat tai, kad ji koduoja informaciją apie remontinių fermentų struktūrą, leidžia sukurti unikalų klaidų taisymo mechanizmą – remontą, būdingą tik vienai molekulių klasei – DNR.

Remonto sistemų ir mechanizmų, egzistuojančių skirtinguose organizmuose, yra labai daug, tarp jų yra ir tokių, kurie yra specifiniai tik vienos rūšies pažeidimams koreguoti, yra ir mažiau specifinių. Patogumo dėlei visus šiuo metu žinomus taisymo procesus galima suskirstyti į dvi kategorijas: 1) tuos, kurie nereikalauja replikacijos ir yra tiesioginė DNR pažeidimų korekcija; 2) sudėtingesni procesai, kurių metu vyksta taisymo replikacija. Geriausiai ištirti taisymo mechanizmai, susiję su UV spinduliuotės sukeltų pažeidimų taisymu, yra pirimidino dimerai (2.2 pav.).

Kadangi nuo UV šviesos priklausomi fermentai dalyvauja žinomiausiuose UV spinduliuotės pasekmių taisymo procesuose, taisymo mechanizmai taip pat skirstomi į šviesius (gali būti atliekami tik matomoje šviesoje) ir tamsiuosius (nereikalaujantys matomo poveikio). lengvas) remontas.

Tiesioginio pažeidimo taisymo mechanizmai apima guanino likučių dealkilinimą ir ciklobutano dimerų monomerizaciją tarp gretimų pirimidino bazių. Metilguanino likučių dealkilinimas priklauso tamsaus remonto būdui ir vyksta dalyvaujant fermentams, esantiems bakterijų ląstelėse ir maistinėse medžiagose. O 6-metilguanino DNR alkiltransferazė katalizuoja alkilo grupių perkėlimą į fermento cisteino liekanų sulfhidrilo grupes (2.3 pav.).

Proceso metu vyksta dimerų skilimas tarp pirimidino nukleotidų fotoreaktyvacija- UV spinduliuotės pažeistų DNR molekulių struktūros atstatymas dėl vėlesnio matomos šviesos poveikio (šviesos atstatymas). Yra žinoma nefermentinė trumpųjų bangų fotoreaktyvacija, kurią sudaro dimerų monomerizacija veikiant ultravioletinei spinduliuotei, kurios bangos ilgis yra 240 nm, taip pat fermentine fotoreaktyvacija. Pastarasis dažniausiai turi galvoje pačią fotoreaktyvaciją. Šiam procesui reikalinga matoma šviesa, kurios bangos ilgis yra 300–600 nm, ir yra vykdomas veikiant specifiniams fotoreaktyvuojantiems fermentams (dezoksiribopirimidino fotoliazei). Fotoliazės substratas yra pirimidino bazių dimerai, su kuriais ji sudaro kompleksą (fermentas nesijungia su nepažeista DNR). Naudodamas sugertos šviesos energiją, fermentas sunaikina dimerą, nesuardydamas DNR grandinių (2.4 pav.).

Fotoreaktyvacijos reiškinys yra plačiai paplitęs gamtoje ir buvo aptiktas net tokiuose primityviuose mikroorganizmuose kaip mikoplazmos. Fotoreaktyvuojantys fermentai randami kai kuriuose aukštesniuosiuose augaluose ir gyvūnuose, taip pat visose tirtose bakterijose, išskyrus Deinococcus radiodurans, kuris yra itin atsparus UV spindulių poveikiui: šios bakterijos atlaiko 1000 kartų didesnes dozes nei tos, kurios nužudyti E. coli. Nepaisant visiško fotoreaktyvavimo galimybės nebuvimo, D. radiodurans turi galingą ekscizijos taisymo sistemą.

Remonto įvykiams, susijusiems su iškreiptų sričių pakeitimu, nereikia dalyvauti matomoje šviesoje ir, be kitų fermentų, juose svarbų vaidmenį atlieka dviejų tipų nukleazės: egzo- ir endonukleazės. Egzonukleazės skaido DNR, pradėdamos nuo grandinių galų, o endonukleazės atakuoja grandines vidinėse dalyse, sudarydamos vienos grandinės pertraukas DNR. Tarp įvairių su DNR taisymo sinteze susijusių taisymo tipų galima išskirti du pagrindinius: ekscizinis Ir poreplikacinis atlyginimas.

Ekscizijos remontas. Išskirtinis ekscizijos taisymo bruožas yra pažeistos DNR pašalinimas. Šio tipo taisymas nėra toks specifinis DNR pažeidimams, kaip fotoreaktyvacija, ir juo galima koreguoti ne tik pirimidino dimerus, bet ir daugelį kitų DNR struktūros pokyčių. Iškirpimo taisymas (2.5 pav., A) yra kelių etapų procesas ir apima šiuos įvykius:

1) DNR pažeidimo atpažinimas, kurį atlieka specifinės endonukleazės, kurios atlieka ir kitą etapą;

2) vienos DNR grandinės perpjovimas šalia pažeidimo - pjūvis(atlikti endonukleazes);

3) nukleotidų grupės pašalinimas kartu su pažeidimu - iškirpimas(atlikti egzonukleazes);

4) DNR resintezė – susidariusio tarpo užpildymas (DNR polimerazės aktyvumas);

5) pataisytos grandinės tęstinumo atkūrimas dėl kovalentinių ryšių susidarymo molekulės cukraus-fosfato pagrinde.

Ekscizijos taisymo mechanizmą geriausia ištirti naudojant tamsaus pirimidino dimerų pašalinimo iš E. coli DNR, apšvitintos ultravioletiniais spinduliais, pavyzdį. Escherichia coli ląstelėse uvrA-D genai (koduoja fermentų, kurie dimeru išpjauna DNR grandinės atkarpą, struktūrą), taip pat polA (nustato DNR polimerazės I struktūrą, kuri atlieka regeneracinę DNR), yra atsakingi už šį procesą. Šio iškirpimo taisymo metodo ypatybė yra vienos grandinės pjūvių susidarymas abiejose timino dimero pusėse.

Norėdami ištaisyti žalą, įskaitant susijusią su timino dimerų susidarymu, kai kurie organizmai naudoja kito tipo ekscizijos taisymą, kurio metu procese dalyvauja specialus fermentas N-glikozilazė. Šiuo atveju pirmasis reparacinis įvykis yra glikozidinio ryšio tarp pažeistos bazės (pavyzdžiui, vieno iš dimero timinų, N-alkilinto purino ir kt.) ir dezoksiribozės skilimas. Taigi, yra vietinis apurinizacija, arba apirimidinizacija; atsiranda vadinamoji AP vieta, kurią atpažįsta AP specifinė endonukleazė, kuri suardo fosfodiesterio ryšį šalia AP vietos. Tada tarpas užpildomas įprasta remonto sinteze.

Bakterijų ir eukariotų ląstelėse buvo rasta daugybė skirtingų N-glikozilazių. Pavyzdžiui, uracilo DNR glikozilazė atpažįsta neteisingą dG/dU porą, susidariusią dėl spontaniško deoksicitozino liekanos dezaminacijos iš dG/dC poros. Dėl citozino deaminacijos replikacijos metu gali atsirasti dA/dT mutantų nukleotidų pora, nes vandenilinių jungčių susidarymo požiūriu uracilas elgiasi panašiai kaip timinas. Kitas plačiai paplitęs tokio tipo fermentas yra pirimidino dimer-N-glikozilazė, kuri sukuria apirimidino vietą, kad būtų atkurta žala, susijusi su pirimidino dimerų susidarymu.

Vietas, kuriose įvyko depurinizacija arba depirimidinizacija, skaido AP (apurininės ir apirimidininės) endonukleazės. Pro- ir eukariotinėse ląstelėse yra daug skirtingų AR endonukleazių. Kai kurie iš jų įpjauna sruogą 3' AP vietos pusėje, o kiti suskaido diesterio jungtį 5' pusėje; bet kuriuo atveju susidaro 3'-hidroksilo ir 5'-fosforilo galai. Tai leidžia egzonukleazei pašalinti gretimus likučius abiejose pjūvio pusėse kartu su pažeidimu.

Pro- ir eukariotiniuose organizmuose, įskaitant žinduolius, plačiai paplitę įvairūs ekscizijos taisymo būdai. Ekscizijos taisymo procesų sutrikimai gali sukelti dramatiškų pasekmių. Taigi žmonėms yra žinoma paveldima liga - pigmentinė kseroderma, kurių pagrindiniai simptomai yra padidėjęs jautrumas saulės šviesai, dėl kurio išsivysto odos vėžys. Šiems pacientams buvo nustatyti įvairūs ekscizijos taisymo defektai.

Remontas po replikacijos. Šio tipo taisymui reikalingas genų produktų, kurie taip pat dalyvauja rekombinacijos įvykiuose (rec genai), dalyvavimas ir nėra atliekamas rec mutantinėse ląstelėse, todėl jis taip pat vadinamas rekombinacijos taisymu. Rekombinacija po replikacinio atstatymo yra pagrįsta pažeistos DNR replikacijos ir rekombinacijos procesais; ji yra mažiausiai specifiška iš visų nagrinėjamų taisymo tipų, nes jam trūksta žalos atpažinimo stadijos. Tai gana greitas atkūrimo būdas gimtoji DNR struktūros dukterinėse (naujai susintetintose) gijose: įrodyta, kad atstatymas vyksta jau pirmosiomis minutėmis po švitinimo. Šio proceso ypatybė – pažeidimų išsaugojimas pirminėse (motininėse) grandinėse (2.5 pav., B).

Be greito, taip pat yra lėtas atkūrimas po replikacijos, kuriam reikia kelių valandų. Jį gamina fermentų sistema, kurios nėra apšvitintose ląstelėse ir kurią sukelia švitinimas. Šis mechanizmas vadinamas SOS remontu. Jo stebinantis skirtumas yra reikšmingas mutacijų dažnio padidėjimas, nepaisant to, kad DNR jau yra pažeista. Tai gali būti DNR grandinės su pažeidimu naudojimo kaip šablono pasekmė.

Postreplikacinis atstatymas egzistuoja ne tik bakterijose, bet ir eukariotinėse ląstelėse, įskaitant žinduolius.

DNR sintezė vyksta pagal pusiau konservatyvų mechanizmą: kiekviena DNR grandinė yra nukopijuojama. Sintezė vyksta sekcijose. Yra sistema, kuri pašalina DNR reduplikacijos klaidas (fotoremontas, priešreprodukcinis ir poreprodukcinis remontas). Remonto procesas yra labai ilgas: iki 20 valandų ir sudėtingas. Restrikcijos fermentai išpjauna netinkamą DNR dalį ir vėl ją atkuria. Reparacijos niekada nevyksta 100% efektyvumu; jei taip būtų, evoliucinės variacijos neegzistuotų. Remonto mechanizmas pagrįstas dviejų vienas kitą papildančių grandinių buvimu DNR molekulėje. Nukleotidų sekos iškraipymą viename iš jų nustato specifiniai fermentai. Tada atitinkama sekcija pašalinama ir pakeičiama nauja, susintetinta antroje papildomoje DNR grandinėje. Toks remontas vadinamas iškirpimas, tie. su pjovimu. Jis atliekamas prieš kitą replikacijos ciklą, todėl jis taip pat vadinamas ikireplikacinis. Tuo atveju, kai ekscizijos taisymo sistema nekoreguoja pokyčio, atsiradusio vienoje DNR grandinėje, replikacijos metu šis pokytis fiksuojamas ir tampa abiejų DNR grandžių nuosavybe. Dėl to viena papildomų nukleotidų pora pakeičiama kita arba naujai susintetintoje grandinėje atsiranda pertraukų prieš pakeistas dalis. Įprastos DNR struktūros atkūrimas gali įvykti ir po replikacijos. Poreparatyvinis remontas atliekama rekombinacijos būdu tarp dviejų naujai suformuotų dvigubų DNR spiralių. Priešreplikacinio ir poreplikacinio atstatymo metu atstatoma didžioji dalis pažeistos DNR struktūros. Jei ląstelėje pažeidimų kiekis, nepaisant atlikto remonto, išlieka didelis, DNR replikacijos procesai joje blokuojami. Ši ląstelė nesidalija.

19.Genas, jo savybės. Genetinis kodas, jo savybės. RNR struktūra ir tipai. Apdirbimas, sujungimas. RNR vaidmuo paveldimos informacijos realizavimo procese.

Gene – DNR molekulės skyrius, kuriame yra informacija apie polipeptidinės grandinės arba makromolekulės struktūrą. Genai vienoje chromosomoje išsidėstę tiesiškai, sudarydami jungčių grupę. Chromosomoje esanti DNR atlieka įvairias funkcijas. Yra skirtingos genų sekos, yra genų sekos, kurios kontroliuoja genų ekspresiją, replikaciją ir pan. Yra genų, kuriuose yra informacijos apie polipeptidinės grandinės struktūrą ir galiausiai struktūrinius baltymus. Tokios vieno geno ilgio nukleotidų sekos vadinamos struktūriniais genais. Genai, lemiantys struktūrinių genų aktyvavimo vietą, laiką ir trukmę, yra reguliavimo genai.

Genai yra mažo dydžio, nors susideda iš tūkstančių nukleotidų porų. Geno buvimas nustatomas pasireiškus geno savybei (galutiniam produktui). Bendrą genetinio aparato sandaros ir jo veikimo schemą 1961 metais pasiūlė Jokūbas ir Monodas. Jie pasiūlė, kad yra DNR molekulės dalis su struktūrinių genų grupe. Greta šios grupės yra 200 nukleotidų porų sritis – promotorius (sritis, esanti greta nuo DNR priklausomos RNR polimerazės). Ši sritis yra greta operatoriaus geno. Visos sistemos pavadinimas yra operonas. Reguliavimą vykdo reguliavimo genas. Dėl to represoriaus baltymas sąveikauja su operatoriaus genu, ir operonas pradeda veikti. Substratas sąveikauja su genu su reguliatoriais, todėl operonas blokuojamas. Atsiliepimo principas. Operono išraiška įtraukta kaip visuma.

Eukariotuose genų ekspresija netirta. Priežastis yra rimtos kliūtys:

Genetinės medžiagos organizavimas chromosomų pavidalu

Daugialąsčiuose organizmuose ląstelės yra specializuotos, todėl kai kurie genai yra išjungti.

Histono baltymų buvimas, o prokariotai turi „pliką“ DNR.

DNR yra makromolekulė, ji negali patekti į citoplazmą iš branduolio ir perduoti informacijos. Baltymų sintezė įmanoma dėl m-RNR. Eukariotų ląstelėje transkripcija vyksta milžinišku greičiu. Pirmiausia atsiranda pro-i-RNR arba pre-i-RNR. Tai paaiškinama tuo, kad eukariotuose mRNR susidaro dėl apdorojimo (brendimo). Genas turi nepertraukiamą struktūrą. Koduojančios sritys yra egzonai, o nekoduojančios – intronai. Eukariotinių organizmų genas turi egzoninę-introninę struktūrą. Intronas yra ilgesnis už egzoną. Apdorojimo metu intronai yra „iškirpti“ - sujungimas. Susidarius brandžiai mRNR, po sąveikos su specialiu baltymu, ji pereina į sistemą – informosomą, kuri informaciją neša į citoplazmą. Dabar egzon-intronų sistemos yra gerai ištirtos (pavyzdžiui, onkogenas P-53). Kartais vieno geno intronai yra kito geno egzonai, tada sujungimas neįmanomas. Apdorojimas ir sujungimas gali sujungti vienas nuo kito nutolusias struktūras į vieną geną, todėl jie turi didelę evoliucinę reikšmę. Tokie procesai supaprastina specifikaciją. Baltymai turi blokinę struktūrą. Pavyzdžiui, fermentas yra DNR polimerazė. Tai ištisinė polipeptidinė grandinė. Jį sudaro jos pačios DNR polimerazė ir endonukleazė, kuri suskaido DNR molekulę nuo galo. Fermentas susideda iš 2 domenų, kurie sudaro 2 nepriklausomas kompaktiškas daleles, sujungtas polipeptidiniu tilteliu. Pasienyje tarp 2 fermentų genų yra intronas. Domenai kažkada buvo atskiri genai, bet vėliau jie tapo artimesni. Tokios genų struktūros pažeidimai sukelia genų ligas. Introno struktūros pažeidimas yra fenotipiškai nematomas, o egzono sekos pažeidimas sukelia mutaciją (globino genų mutaciją).

10-15% ląstelėje esančios RNR yra perdavimo RNR. Yra vienas kitą papildančių regionų. Yra specialus tripletas – antikodonas, tripletas, neturintis komplementarių nukleotidų – GGC. Dviejų ribosomų subvienetų ir mRNR sąveika sukelia iniciaciją. Yra 2 vietos – pektidilas ir aminoacilas. Jie atitinka aminorūgštis. Polipeptidų sintezė vyksta žingsnis po žingsnio. Pailgėjimas – polipeptidinės grandinės kūrimo procesas tęsiasi tol, kol pasiekia nesąmoningą kodoną, tada įvyksta nutraukimas. Baigiasi polipeptido sintezė, kuris vėliau patenka į ER kanalus. Subvienetai atsiskiria. Ląstelėje sintetinami įvairūs baltymų kiekiai.