2.6 Репарационные процессы днк.

Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — это восстановление поврежденной структуры молекулы ДНК. Она осуществляется специфическими ферментами клетки и имеет несколько разновидностей.

Фоторепарация. Под действием ультрафиолетового облучения между двумя пиримидиновыми основаниями одной нити ДНК (чаще Т—Т) образуются химические связи (возникают димеры), препятствующие считывании информации (рис. 5). Эти дополнительные связи расщепляет фермент (дезоксипиримидинфотолиаза), активируемый видимым светом. Этот процесс называется фоторепарацией.

Рис. 5 Образование тиминового димера в результате воз­никновения ковалентных связей между смежными основа­ниями

Темновая, или эксцизионная (вырезающая) репарация. Она происходит последовательно: а) фермент (эндонуклеаза) «узнает» поврежденный участок нити ДНК; б) фермент (экзонуклеаза) «вырезает» поврежденный участок; в) с помощью фермента (ДНК-полимеразы) синтезируется фрагмент ДНК по принципу комплементарности по принципу комплементарное™000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000; г) фермент (лигаза) «сшивает» концы вновь синтезированного участка с основной нитью ДНК.

По времени осуществления репарации различают дорепликативную, пострепликативную и репликативную (рис. 6).

Дорепликативная репарация. Представляет собой восстановление поврежденной нити ДНК до ее удвоения. В простейших случаях разрывы могут быть воссоединены лигазой. В других случаях используется полная фермен­тативная система репарации (приведена выше).

Пострепликативная репарация. Ее механизм точно не изучен, предполагают различные варианты синтеза ДНК на поврежденной матрице. При пострепликативной репарации происходит лишь вырезание поврежденного участка и сшивание концов, изменяя, таким образом, ген. При этом клетка может сохранять жизнеспособность и передавать дефектную ДНК дочерним клеткам.

Р епликативная репарация. Представляет собой восстановление ДНК в процессе репликации. Этот тип репарации осуществляется удалением поврежденного участка в ходе репликации в зоне роста цепи либо элонгацией Цепи в обход повреждения. Как и при пострепликативной репарации, по­следовательность нуклеотидов в данном участке изменяется.

Существуют мутации, которые нарушают восстановление поврежденных Участков молекулы ДНК (нарушают репарацию). Примерами таких мутаций являются пигментная ксеродерма, анемия Фанкони, атаксия-телеангиэктазия. При пигментной ксеродерме в клетках больных отсутствует фермент дезоксипиримидинфотолиаза, необходимый для репарации ДНК, поврежденной Ультрафиолетовыми лучами. Под действием солнечного света появляются веснушки, расширение капилляров, ороговение эпидермиса, поражение глаз, развитие раковых опухолей кожи, которые приводят к преждевременной смерти.

Если мутация произошла в половой клетке и не была устранена в результате репарации, то она будет передана потомкам.

Рис. 6 Схема репарации участка ДНК

Мутации, которые определяют появление менее приспособленных особей, но сохраняются в популяции, называются генетическим грузом. Источниками генетического груза служат мутационные и сегрегационные (от позднелат. segregatio — отделение, выщепление) процессы. Сегрегационный груз возникает в результате выщепления гетерозиготными родителями менее приспособленных гомозиготных потомков.

Изучение генетического груза че­ловека, наследования заболеваний важно для решения практических вопросов медицинской генетики. Ряд авторов выделяют общий генетический груз, обусловленный вредными мутациями, присутствующими в геноме человека, и выявляемый генетический груз (ту часть мутаций, которую удается обнаружить).

При отсутствии точных знании природы большинства генетических систем, лежащих в основе распространенных заболеваний, невозможно предсказать эффект повышения частоты мутаций. Необходимы обстоя тельные исследования, чтобы выяснить конкретный вклад генетических факторов в эти заболевания.

К таким факторам, повышающий частоту мутаций, можно отнести промышленные отходы, выбросы и выхлопы транспорта, электромагнитные излучения, ионизирующие излучения, лекарственные препараты, токсические вещества, накапливающиеся в пищевых продуктах при их неправильном хранении и обработке, и др. В целях снижения мутагенной нагрузки на человека необходимо внедрять технологии, которые не дают мутагенного загрязнения окружающей среды. Для снижения действия мутагенов рекомендуется диета, богатая естественными антимутагенами: витаминами (Е, С, А, В₅, К) и провитаминами. Некоторые пищевые продукты содержат эти вещества в значительном количестве (экстракт капусты, яблок, мятного листа, зеленого перца, ананаса, баклажана и др.). Сбалансированность пищи по незаменимым аминокислотам также снижает спонтанный уровень мутагенеза и придает организму устойчивость к мутагенам.

В связи с возрастающим загрязнением окружающей среды потенциаль­ными мутагенами перед органами здравоохранения поставлена задача пре­дотвращения рождения детей с наследственной патологией. Особое внимание должно уделяться пренатальной диагностике и методам, на которых она основана.