Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять (химические повреждения и разрывы) в молекулах ДНК, повреждённых при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических (ионизирующее и ультрафиолетовое излучение) или химических (мутагенные и, как следствие, (канцерогенные) химические вещества) факторов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки, предотвращает мутагенез и (канцерогенез). Ряд наследственных болезней (напр., (пигментная ксеродерма) — (предраковое) состояние кожи) связан с нарушениями систем репарации.
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOWlMMkl5TDBKeWIydGxZMmh5YjIxdkxtcHdaeTh5TlRCd2VDMUNjbTlyWldOb2NtOXRieTVxY0djPS5qcGc=.jpg)
История открытия
Начало изучению репарации было положено работами (Альберта Кельнера) (США), который в 1948 году обнаружил явление (фотореактивации) — уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом (световая репарация).
Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и другие вскоре установили, что фотореактивация — фотохимический процесс, протекающий с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров (тимина), образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта.
Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая репарация — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой репарации облучённых УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтверждён в 1964 году Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание повреждённых участков ДНК с изменёнными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах.
Системы репарации существуют не только у микроорганизмов, но также в клетках животных и человека, у которых они изучаются на (культурах тканей). Известен наследственный недуг человека — (пигментная ксеродерма), при котором нарушена репарация.
(Томас Линдаль), (Азиз Санджар) и (Пол Модрич) получили Нобелевскую премию по химии 2015 года за исследования в области изучения методов репарации ДНК.
Источники (повреждения ДНК)
- Ультрафиолетовое излучение
- Радиация
- Химические вещества
- Ошибки репликации ДНК
- Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова
- Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания
Основные типы (повреждения ДНК)
- Повреждение одиночных нуклеотидов
- Повреждение пары нуклеотидов
- Двухцепочечные и одноцепочечные разрывы цепи ДНК
- Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК
- Образование тиминовых димеров
- Кросслинкинг
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODBMelEyTDBST1FWOVNaWEJoYVhJdWFuQm5Mekl3TUhCNExVUk9RVjlTWlhCaGFYSXVhbkJuLmpwZw==.jpg)
Устройство системы репарации
Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:
- (ДНК-хеликаза) — фермент, «узнающий» химически изменённые участки в цепи и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения;
- (ДНКаза (дезоксирибонуклеаза)) — фермент, "разрезающий" 1 цепочку ДНК (последовательность нуклеотидов) по фосфодиэфирной связи и удаляющий повреждённый участок: экзонуклеаза работает на концевые нуклеотиды 3` или 5`, эндонуклеаза - на нуклеотиды, отличные от концевых;
- ДНК-полимераза — фермент, синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого;
- (ДНК-лигаза) — фермент, замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность.
Типы репарации
У бактерий имеются по крайней мере 3 ферментные системы, ведущие репарацию — прямая, эксцизионная и пострепликативная. У эукариот и бактерий также есть особые виды репарации (Mismatch) и (SOS-репарация) (несмотря на название данный вид репарации немного различается у бактерий и эукариот .
Прямая репарация
Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-(ДНК-метилтрансфераза), которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.
Эксцизионная репарация
Эксцизионная репарация (англ. excision — вырезание) включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы по комплементарной цепи. Ферментативная система удаляет короткую однонитевую последовательность двунитевой ДНК, содержащей ошибочно спаренные или поврежденные основания, и замещает их путём синтеза последовательности, комплементарной оставшейся нити.
Эксцизионная репарация является наиболее распространённым способом (репарации модифицированных оснований ДНК). Она базируется на распознавании модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК. При этом существуют гликозилазы, специфически распознающие присутствие в ДНК определенных модифицированных оснований (оксиметилурацила, гипоксантина, 5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т. д.). Для многих гликозилаз к настоящему времени описан полиморфизм, связанный с заменой одного из нуклеотидов в кодирующей последовательности гена. Для ряда изоформ этих ферментов была установлена ассоциация с повышенным риском возникновения онкологических заболеваний [ Chen, 2003 ].
Другой тип эксцизионной репарации — (эксцизионная репарация нуклеотидов), предназначенная для более крупных повреждений, таких как образование (пиримидиновых димеров).
Пострепликативная репарация
Tип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей повреждённые участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе (гомологичной рекомбинации) при помощи белка .
Пострепликативная репарация была открыта в клетках E. coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.
Интересные факты
- Полагают, что от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК.
- Повреждение ДНК под воздействием факторов окружающей среды, а также нормальных метаболических процессов, происходящих в клетке, происходит с частотой от нескольких сотен до 1000 случаев в каждой клетке, каждый час.
- По сути ошибки в репарации происходят так же часто как и в репликации, а при некоторых условиях даже чаще.
- В половых клетках сложная репарация, связанная с гомологичной рекомбинацией не происходит из-за (гаплоидности) генома этих клеток.
Примечания
- Нобелевская премия по химии присуждена за починку ДНК // Lenta.Ru . Дата обращения: 7 октября 2015. 7 октября 2015 года.
- Кирилл Стасевич. Как клетка чинит свою ДНК // (Наука и жизнь). — 2015. — № 11. — С. 30—38. 28 июля 2017 года.
- Kenji Fukui. DNA mismatch repair in eukaryotes and bacteria // Journal of Nucleic Acids. — 2010-07-27. — Т. 2010. — С. 260512. — ISSN 2090-021X. — doi:10.4061/2010/260512. 24 ноября 2021 года.
- Mark S. Eller, Adam Asarch, Barbara A. Gilchrest. Photoprotection in Human Skin—A Multifaceted SOS Response† (англ.) // Photochemistry and Photobiology. — 2008. — Vol. 84, iss. 2. — P. 339–349. — ISSN 1751-1097. — doi:10.1111/j.1751-1097.2007.00264.x. 24 ноября 2021 года.
- С. Г. Инге-Вечтомов. Генетика с основами селекции. — Москва: Высшая школа, 1989
- А. С. Коничев, Г. А. Севастьянова. Молекулярная биология. — М.: Академия, 2003. — .
- Vilenchik M. M., Knudson A. G. Inverse radiation dose-rate effects on somatic and germ-line mutations and DNA damage rates (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2000. — 2 May (vol. 97, no. 10). — P. 5381—5386. — ISSN 0027-8424. — doi:10.1073/pnas.090099497. — PMID 10792040.
- Б. Льюин. Гены.
См. также
- (Радиационно-индуцированные фокусы)
- (Повреждение ДНК)
- Клеточный цикл
- (Генотерапия)
- (Первичные радиобиологические процессы)
- (Прогерия)
В другом языковом разделе есть более полная статья DNA repair (англ.). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер