Репарация ДНК и ее виды

Размещено на http://allbest.ru

ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения РФ

Кафедра молекулярной биологии

Репарация ДНК и ее виды

Введение

Процесс устранения генетических повреждений и восстановления наследственного аппарата, протекающий в клетках живых организмов под действием специальных ферментов. Способность клеток к репарации генетических повреждений впервые была обнаружена в 1949 г. амер. генетиком А. Кельнером.

В дальнейшем были исследованы многообразные механизмы удаления поврежденных участков наследственного материала, обнаружено, что Р. г. присуща всем живым организмам. По-видимому, способность к репарации генетических повреждений появилась на ранних этапах развития жизни на Земле и совершенствовалась по мере эволюции живых существ: ферменты репарации имеются у древнейших представителей растительного и животного мира.

К настоящему времени обнаружено большое количество специализированных репарирующих ферментов, а также гены (см. Ген), контролирующие их синтез в клетках.

Доказано, что изменения в этих генах повышают чувствительность организма к неблагоприятным и повреждающим факторам, способствуют возрастанию наследственных изменений -- мутаций (см. Мутагенез), возникновению болезней и преждевременному старению.

Установлено, что некоторые наследственные болезни человека развиваются в связи с нарушениями синтеза репарирующих ферментов. Детально изучены две формы Р. г.-- фотореактивация и темновая репарация.

Общие понятия

Репарация (от лат. reparatio -- восстановление) -- особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней связан с нарушениями систем репарации.

Под действием физических и химических агентов, а также при нормальном биосинтезе ДНК в ней могут возникать повреждения. Оказалось, что клетки имеют механизмы исправление повреждений в нитях ДНК. Способность клеток к исправлению повреждений в молекулах ДНК получила название репарации (от. лат. reparatio - восстановление).

Это процесс удаления поврежденного участка и восстановления правильной структуры ДНК

Характерен только для ДНК и обусловлен особенностями ее структуры, а именно: комплементарностью и антипараллельностью цепей.

Обеспечивает сохранение генетического материала.

Происходит при участии специальных ферментов

Причины повреждений ДНК

Типы повреждений ДНК

На уровне одного нуклеотида:

* Отсутствие основания (депуринизация)

* Некомплементарное основание

* Нарушенное основание (дезаминирование)

Структурные:

* Одноцепочечные разрывы

* Образование неспецифических

связей между цепями (тиминовые димеры и поперечные сшивки)

* Двухцепочечные разрывы

Рисунок Основные типы повреждений, обнаруженные в ДНК (Smit K., 1972)

Ферменты репарации

Эндонуклеазы - расщепляют связи внутри ДНК.

Экзонуклеазы - расщепляют связи с концов, могут быть специфичными для 5` и 3` концов ДНК.

ДНК-полимеразы - заполняют брешь, используя комплементарнуюцепь в виде матрицы.

Лигаза - катализирует образование фосфорнодиэфирных связей, используя энергию гидролиза АТФ.

ДНК-гликозилаза - расщепляет N-гликозидную связь.

АР-эндонуклеза - разрезает ДНК в апуриновых или апиримидиновых участках с образованием 5` конца

Типы и механизмы репарации.

Прямая репарация ДНК

Прямое восстановление исходной структуры ДНК или удаление повреждения (структура поврежденного нуклеотида восстанавливается без его вырезания)

Фотореактивация пиримидиновых димеров;

ь репарацию ДНК за счет 3'-5'-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы;

ь репарацию одноцепочечных разрывов ДНК с помощью полинуклеотидлигазы;

ь генетическую репарацию повреждений, вызванных алкильными или метильными группами, путем удаления этих групп специфическими ферментами. Метилтрансферазнаяактивность(гликозилаз удаляют метильные группы)

генетический нуклеотид репарация

Эксцизионная репарация

Репарация с удалением поврежденных оснований

- удаление одного нуклеотида

- удаление фрагмента ДНК

Индуцируемая репарация

SOS-репарация, рекомбинативная репарация, фотореактивация

- прямая репарация, происходит у бактерий на свету при участии специального фермента - фотолиазы,

Этапы:

1. Активация фотолиазы под действием света (путем дестабилизации ее электронов)

2. Перенос электронов в пиримидиновый цикл и ослабление связи с пентозой

3. Освобождение азотистого основания и замена на новое

Репарация путем удаления нуклеотидов - (NER) восстановление достаточно длинных фрагментов ДНК.

Этапы:

- Белковый комплекс (XPA-PRA) распознает дефектный участок;

- Нуклеаза производит разрыв на расстоянии 5 пнот 3' конца и 8 пн от 5'конца;

- Образованная брешь заполняется при помощи ДНК-полимераз д и е; ДНК-лигаза сшивает концы.

Репарация двухцепочечных повреждений происходит при участии протеинкиназы Ku,

Механизм заключается в следуюшем:

- протеинкиназа узнает разрыв и предотвращает действие эндонуклеаз, после чего катализирует соединение при участии лигазы.

Рекомбинативная репарация

Репарация во время рекомбинации заключается в удалении поврежденного фрагмента и замене его нормальным гомологичным участком.

SOS-репарация

Механизм быстрого, но не всегда точного реагирования, на стресс. Обеспечивается специальными белками - LexA и RecA-протеазой.

* Механизм:

- в ответ на повреждение происходит активация протеазной активности белка RecA, который расщепляет белок LexA, блокирующий гены ферментов репарации,

- активированные гены транскрибируются и синтезируются ферменты репарации, которые исправляют повреждение.

Мismatch (MMR)- репарация

Происходит в ходе репликации и обеспечивает исправление неверных спариваний, аномальных гетеродуплексов и палиндромов.

Этапы:

* Узнавание и удаление неверных нуклеотидов эндонуклеазами;

* Заполнение бреши при помощи ДНК-полимеразы;

* Сшивание концов лигазами.

Присоединение метильной группы к цитозину и аденину происходит при участии специального фермента метилтрансферазы.

Метилированные участки устойчивы к действию эндонуклеаз

Биологическая роль:

- у прокариот: защита собственной ДНК,

- у эукариот: инактивация генов (в гетерохроматиновых участках много метилированных последовательностей ДНК)

Список использованной литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki

2. http://www.bibliotekar.ru/624-5/122.htm

3. http://medicalplanet.su/genetica/70.html

4. http://biofile.ru/bio/16317.html

Размещено на Allbest.ru