DNA-reparation
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 11 juni 2019; kontroller kräver 8 redigeringar .Reparation (från lat. reparatio - restaurering) - en speciell funktion av celler , bestående i förmågan att korrigera kemisk skada och brott i DNA- molekyler skadade under normal DNA-biosyntes i cellen eller som ett resultat av exponering för fysiska eller kemiska reagenser. Det utförs av speciella enzymsystem i cellen. Ett antal ärftliga sjukdomar (till exempel xeroderma pigmentosa ) är förknippade med brott mot reparationssystem.
Upptäcktshistorik
Början till studiet av reparation lades av Albert Kellners ( USA ) arbete, som 1948 upptäckte fenomenet fotoreaktivering - en minskning av skador på biologiska föremål orsakade av ultravioletta (UV) strålar, med efterföljande exponering för starkt synligt ljus ( lätt reparation ).
R. Setlow, K. Rupert (USA) och andra fastställde snart att fotoreaktivering är en fotokemisk process som sker med deltagande av ett speciellt enzym och leder till klyvning av tymindimerer som bildas i DNA vid absorption av ett UV-kvantum.
Senare, när man studerade den genetiska kontrollen av bakteriers känslighet för UV-ljus och joniserande strålning, upptäcktes mörk reparation - cellernas egenskap att eliminera skador i DNA utan deltagande av synligt ljus. Mekanismen för mörkreparation av bakterieceller bestrålade med UV-ljus förutspåddes av A.P. Howard-Flanders och bekräftades experimentellt 1964 av F. Hanawalt och D. Petitjohn (USA). Det visades att i bakterier efter bestrålning skärs skadade DNA-sektioner med förändrade nukleotider ut och DNA återsyntetiseras i de resulterande luckorna.
Reparationssystem finns inte bara i mikroorganismer utan även i djur- och mänskliga celler , där de studeras i vävnadskulturer . En ärftlig sjukdom hos en person är känd - xeroderma pigmentosa , där reparationen störs.
Thomas Lindahl , Aziz Shankar och Paul Modric fick 2015 års Nobelpris i kemi för sin forskning inom studier av DNA-reparationsmetoder [1] [2] .
Källor till DNA-skada
- Ultraviolett strålning
- Strålning
- Kemiska substanser
- DNA- replikationsfel
- Apurinisering - klyvning av kvävehaltiga baser från sockerfosfatryggraden
- Deaminering - avlägsnande av en aminogrupp från en kvävebas
Huvudtyper av DNA-skador
- Enkel nukleotidskada
- Skador på ett par nukleotider
- Dubbelsträngad och enkelsträngad DNA-sträng bryts
- Bildning av tvärbindningar mellan baserna i samma sträng eller olika DNA-strängar
- Bildning av tymindimerer
- Tvärbindning
Strukturen för reparationssystemet
Vart och ett av reparationssystemen innehåller följande komponenter:
- DNA-helikas - ett enzym som "känner igen" kemiskt förändrade sektioner i kedjan och bryter kedjan nära skadan;
- DNas (deoxiribonukleas) är ett enzym som "klipper" en sträng av DNA (en sekvens av nukleotider) längs en fosfodiesterbindning och tar bort ett skadat område: exonukleas fungerar på terminala nukleotider 3` eller 5`, endonukleas fungerar på andra nukleotider än terminala. ;
- DNA-polymeras - ett enzym som syntetiserar motsvarande sektion av DNA -kedjan för att ersätta den borttagna;
- DNA-ligas är ett enzym som stänger den sista bindningen i polymerkedjan och därigenom återställer dess kontinuitet.
Typer av reparationer
Bakterier har minst 3 enzymatiska system som leder till reparation - direkt, excisional och postreplikativ. Eukaryoter och bakterier har även speciella typer av reparationsfelmatchning [ 3] och SOS-reparation (trots namnet skiljer sig denna typ av reparation något mellan bakterier och eukaryoter [4] .
Direkt reparation
Direkt reparation är det enklaste sättet att eliminera skador i DNA, vilket vanligtvis involverar specifika enzymer som snabbt (vanligtvis i ett steg) kan eliminera motsvarande skada och återställa den ursprungliga nukleotidstrukturen . Så här verkar till exempel O6-metylguanin- DNA-metyltransferas , som tar bort metylgruppen från kvävebasen till en av dess egna cysteinrester .
Excisionell reparation
Excisionsreparation innefattar avlägsnande av skadade kvävebaser från DNA och efterföljande återställande av den normala strukturen hos molekylen längs den komplementära kedjan. Enzymsystemet tar bort en kort enkelsträngad sekvens av dubbelsträngat DNA som innehåller felaktiga eller skadade baser och ersätter dem genom att syntetisera en sekvens som är komplementär till den återstående strängen.
Excisionsreparation är den vanligaste metoden för att reparera modifierade DNA-baser . Den är baserad på igenkännandet av en modifierad bas av olika glykosylaser som klyver N-glykosidbindningen av denna bas med sockerfosfatryggraden i DNA-molekylen. Samtidigt finns det glykosylaser som specifikt känner igen närvaron i DNA av vissa modifierade baser (oximetyluracil, hypoxantin, 5-metyluracil, 3-metyladenin, 7-metylguanin, etc.). För många glykosylaser har polymorfism associerad med ersättning av en av nukleotiderna i genens kodande sekvens hittills beskrivits. För ett antal isoformer av dessa enzymer har ett samband med ökad risk för onkologiska sjukdomar fastställts [Chen, 2003].
En annan typ av excisionsreparation är nukleotidexcisionsreparation , designad för större lesioner såsom bildning av pyrimidindimerer .
Post-replikativ reparation
Den typ av reparation som inträffar när processen för excisional reparation är otillräcklig för att fullständigt reparera skadan: efter replikering med bildandet av DNA som innehåller skadade områden, bildas enkelsträngade luckor, som fylls i processen med homolog rekombination med hjälp av RecA -proteinet [5] .
Postreplikativ reparation har upptäckts i E. coli- celler som inte kan klyva tymindimerer. Detta är den enda typen av reparation som inte har ett steg för skadeidentifiering.
Intressanta fakta
- Man tror att från 80% till 90% av alla cancerformer är förknippade med brist på DNA-reparation [6] .
- DNA-skador under påverkan av miljöfaktorer, såväl som normala metaboliska processer som förekommer i cellen, inträffar med en frekvens av flera hundra till 1000 fall i varje cell, varje timme [7] .
- Faktum är att fel i reparationer uppstår lika ofta som vid replikering , och under vissa förhållanden ännu oftare.
- I könsceller sker inte komplex reparation associerad med homolog rekombination på grund av den haploida naturen hos genomet av dessa celler [8] .
Anteckningar
- ↑ Nobelpriset i kemi tilldelas för att reparera DNA // Lenta.Ru . Hämtad 7 oktober 2015. Arkiverad från originalet 7 oktober 2015.
- ↑ Kirill Stasevich. Hur en cell reparerar sitt DNA // Vetenskap och liv . - 2015. - Nr 11 . - S. 30-38 .
- ↑ Kenji Fukui. Reparation av DNA-felmatchning i eukaryoter och bakterier // Journal of Nucleic Acids. — 2010-07-27. - T. 2010 . - S. 260512 . — ISSN 2090-021X . - doi : 10.4061/2010/260512 . Arkiverad från originalet den 24 november 2021.
- ↑ Mark S. Eller, Adam Asarch, Barbara A. Gilchrest. Fotoskydd i mänsklig hud — ett mångfacetterat SOS-svar† // Fotokemi och fotobiologi. - 2008. - Vol. 84 , iss. 2 . — S. 339–349 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/j.1751-1097.2007.00264.x . Arkiverad från originalet den 24 november 2021.
- ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetik med grunderna för urval. - Moskva: Högre skola, 1989
- ↑ A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova. Molekylärbiologi. - M . : Academy, 2003. - ISBN 5-7695-0783-7 .
- ↑ Vilenchik MM , Knudson AG Effekter av omvänd stråldoshastighet på somatiska mutationer och könslinjemutationer och DNA-skadahastigheter // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2000. - 2 maj ( vol. 97 , nr 10 ). - P. 5381-5386 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.090099497 . — PMID 10792040 .
- ↑ B. Lewin. Gener.
Se även
 Ordböcker och uppslagsverk |
|---|
| DNA-reparation | |
|---|---|
| Excision reparation |
|
| Andra typer av reparationer |
|
| Andra proteiner |
|
| förordning |
|
 cellkärnan | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kärnmembran / Nukleär lamina |
| ||||||||
| nukleolus |
| ||||||||
| Övrig |
| ||||||||