Методичка по мол биологии (там не все)

Окислении азотистых основание может привести к размыка-

нию пуринового кольца:

В ДНК также могут возникать одноцепочечные и двухцепочечные разрывы ДНК, и межцепочечные сшивки.

ПРЯМАЯ РЕПАРАЦИЯ

В случае прямой репарации восстановление исходной структуры ДНК происходит в одну стадию.

Фотореактивация

В этом типе репарации ключевая роль принадлежит ферменту – фотолиазе. Фотолиаза, активированная светом, распознает тимидиновый димер в ДНК, образует с ним комплекс и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцами ковалентные связи:

После этого фотолиаза теряет сродство к ДНК и отделяется. Структура ДНК восстановлена.

Репарация алкилированных оснований

Данную репарацию осуществляет метилтрансфераза. Этот фермент удаляет метильные или этильные группы с модифицированных оснований и благодаря этому восстанавливает исходную структуру ДНК:

41

Метилтрансфераза, переносит метильную или этильную группу на один из своих остатков цистеина, при этом фермент инактивируется.

Репарация одноцепочечных разрывов ДНК

Репарацию одноцепочечных разрывов осуществляет ДНКлигаза. Она соединяет разорванные цепи в молекуле ДНК (рис.3.4).

Рис. 3.4. Репарация одноцепочечных разрывов ДНК

Репарация АР-сайтов

Образовавшиеся в результате удаления пурина АР-сайты могут быть залечены ферментами инсертазами (от англ. insert – вставлять). Эти ферменты могут встраивать в брешь, присоединив к дезоксирибозе, такое же основание, какое было до поражения (рис.3.5) В результате структура ДНК восстанавливается.

Рис. 3.5. Репарация АР-сайтов

42

ЭКСЦИЗИОННАЯ РЕПАРАЦИЯ

В результате эксцизионной репарации, вначале поврежденные участки удаляются из цепи ДНК (термин «эксцизионная репарация» происходит от англ. excision – вырезание), а затем происходит восстановление исходной структуры ДНК.

Различают два варианта эксцизионной репарации

Вариант 1

В этом варианте эксцизионной репарации важную роль играют особые ферменты – гликозилазы. Гликозилазы способны узнавать поврежденные основания и разрывать гликозидные связи между модифицированным азотистым основанием и дезоксирибозой. В результате их действия образуются АР-сайты. На следующей стадии АР-сайт узнается АР-эндо- нуклеазой, которая делает разрыв в цепи молекулы ДНК. Далее в работу включается фосфодиэстераза. Этот фермент удаляет сахарофосфатную группу, от которой гликозилаза удалила основание. В появившуюся брешь в цепи ДНК размером в один нуклеотид ДНК-полимераза встраивает недостающий нуклеотид, комплементарный азотистому основанию противоположной цепи. И на последней стадии ДНК-лигаза соединяет разрыв цепи ДНК (рис.3.6). В итоге повреждение устранено.

Рис. 3.6. Репарация ДНК при участии гликозилазы

Вариант 2

В этом варианте эксцизионной репарации происходит удаление протяженных участков ДНК. Процесс можно разделить на четыре стадии (рис. 3.7):

1)распознавание поврежденного участка ДНК;

2)внесение одноцепочечных разрывов ДНК по обеим сторонам поврежденного участка и его удаление;

3)заполнение образовавшейся бреши с помощью ДНКполимеразы;

43

4) лигирование одноцепочечного разрыва ДНК.

Рис. 3.7. Эксцизионная репарация, включающая удаление протяженных участков ДНК

РЕПАРАЦИЯ ОШИБОК РЕПЛИКАЦИИ ДНК

Несмотря на то, что ДНК-полимераза обладает корректирующей активностью, репликация не абсолютно точна, и во

время репликации ДНК происходят ошибки спаривания, в результате которых в дочернюю цепь ДНК оказываются включенными нуклеотиды, некомплементарные нуклеотидам материнской цепи. Поскольку ошибки возникают на дочерней цепи, система репарации только на ней должна проводить замену некомплементарных оснований. С целью распознавания материнской и дочерней цепей ДНК система репарации использует различие в их структуре. В материнской цепи ДНК часть азотистых оснований аденина метилирована, в то время как в дочерней цепи сразу после репликации они еще не метилированы. И только через некоторое время после окончания репликации метилазы присоединяют метильные группы к аденинам в последовательностях ГАТЦ. Пока они остаются неметилированными, система репарации распознает дочернюю цепь и исправляет ошибки (рис.3.8).

44

Результатом рекомбинации является появление теперь уже бреши в исходно неповрежденной цепи, которая далее может быть заполнена ДНК-полимеразой и затем лигирована ДНК-лигазой (рис. 3.9).

SOS-РЕПАРАЦИЯ

SOS-репарация используется, когда повреждений в ДНК становиться настолько много, что клетка может погибнуть. Степень индукции данного типа репарации пропорциональна количеству повреждений в ДНК. При небольшом числе повреждений увеличивается число репаративных белков, при большем числе повреждений приостанавливается деление клетки и индуцируется синтез еще большего числа репаративных белков. При еще большем числе повреждений в клетке синтезируются белки, которые способствуют ДНК-полимеразе осуществлять синтез дочерней цепи ДНК, используя в качестве матрицы дефектные звенья материнской цепи (рис.3.10). В связи с этим в дочерней цепи ДНК появляется много ошибок. Благодаря SOS-репарации происходит удвоение ДНК и клетка может разделиться. Дочерние клетки выживут, если жизненно важные функции, закодированные в ДНК, сохраняться, если же нет – погибнут.

Рис. 3.10. Роль ДНК-полимеразы в SOS-репарации

Подытоживая вышесказанное следует отметить, что в живых системах существуют многочисленные системы репарации, позволяющие сохранять постоянство генетического материала в ряду поколений. Сбой в их работе может привести к катастрофическим последствиям, результатом которых могут являться разнообразные генетические болезни (ксенодермия, онкология и др.) и даже гибель организма.

46

Глава 4. ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК, протекающий в соответствии с принципом комплементарности.

В результате транскрипции образуется РНК, комплементарная одной из цепей (матричной) ДНК:

А-Т-Г-Ц-Ц-Г-Т-А-Т-А-Г-Ц-А-Т-Г-Ц-Ц-Г-Т-А-Т-А-Г-Ц Матричная цепь

ДНК

Т-А-Ц-Г-Г-Ц-А-Т-А-Т-Ц-Г-Т-А-Ц-Г-Г-Ц-А-Т-А-Т-Ц-Г

Транскрипция

РНК У-А-Ц-Г-Г-Ц-А-У-А-У-Ц-Г-У-А-Ц-Г-Г-Ц-А-У-А-У-Ц-Г

В процессе транскрипции происходит «переписывание» гене-

тической информации с молекулы ДНК на РНК.

Катализирует матричный синтез РНК фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза, осуществляя копирование не всей, а только части матричной цепи ДНК.

Транскрибируемый фрагмент ДНК ограничен со стороны

3’-конца промотором – участком, с которым связывается РНК-

полимераза и затем начинает синтез, а со стороны 5’-конца –

терминатором – участком, в котором заканчивается синтез

РНК.

Последовательность ДНК, ограниченная промотором и терми-

натором, представляет собой единицу транскрипции – транскриптон

(рис.4.1).

48

Впроцессе транскрипции рассматривают три стадии: инициа-

цию, элонгацию и терминацию (рис. 4.2).

На стадии инициации РНК-полимераза, взаимодействуя с промотором, образует двойной закрытый комплекс (рис. 4.2), так он называется, потому что состоит из двух компонентов РНК-полимеразы и ДНК, цепи которой в пределах комплекса соединены водородными связями между комплементарными основаниями.

Затем происходит плавление ДНК на небольшом участке, таким образом, формируется двойной открытый комплекс, и затем начинает синтез молекулы РНК. После образование первых фосфодиэфирных мостиков между рибонуклеотидами двойной комплекс переходит в тройной комплекс. На этом заканчивается стадия инициации.

Впроцессе следующей стадии – элонгации – происходит удлинение цепи РНК. При этом новосинтезированная цепь РНК образует короткие отрезки гибридной двойной спирали ДНК-РНК (рис. 4.2), которые необходимы для правильного копирования матричной цепи ДНК.

Как только РНК-полимераза приблизится к терминатору, начинается последняя стадия – терминация, в результате которой происходит распад тройного комплекса и освобождение вновь синтезированной молекулы РНК – транскрипта.

50