Рэпарацыя: это что? Механізмы рэпарацый ДНК

Рэпарацыя - гэта ўласцівасць жывой клеткі змагацца з рознымі пашкоджаннямі ДНК. У навакольным свеце існуе мноства фактараў, здольных выклікаць незваротныя змены ў жывым арганізме. Каб захаваць сваю цэласнасць, пазбегнуць паталагічных i несумяшчальныя з жыццём мутацый, павінна існаваць сістэма самастойнага аднаўлення. Як парушаецца цэласнасць генетычнага матэрыялу клеткі? Разгледзім гэтае пытанне больш падрабязна. Таксама высвятлім, якія існуюць аднаўленчыя механізмы арганізма і як яны працуюць.

Парушэнні ў ДНК

Малекула дэзаксірыбануклеінавай кіслаты можа быць разарваная як у ходзе біясінтэзу, так і пад уплывам шкодных рэчываў. Да негатыўных фактараў, у прыватнасці, адносяць тэмпературу або фізічныя сілы рознага паходжання. Калі разбурэнне адбылося, клетка запускае працэс рэпарацый. Так пачынаецца аднаўленне зыходнай структуры малекулы ДНК. За рэпарацый адказваюць асаблівыя ферментныя комплексы, прысутныя ўнутры клетак. З немагчымасцю асобных клетак ажыццяўляць аднаўленне звязаны некаторыя захворванні. Навука, якая вывучае працэсы рэпарацый, - гэта біялогія. У рамках дысцыпліны праведзена досыць шмат досведаў і эксперыментаў, дзякуючы якім становіцца больш зразумелым працэс аднаўлення. Трэба адзначыць, што механізмы рэпарацый ДНК вельмі цікавыя, як і гісторыя адкрыцця і вывучэння дадзенага феномену. Якія фактары спрыяюць пачатку аднаўлення? Для таго каб працэс запусціўся, неабходна, каб на ДНК ўздзейнічаў стымулятар рэпарацый тканін. Што гэта такое, больш падрабязна раскажам крыху ніжэй.

Гісторыя адкрыцця

Гэта дзіўнае з'ява пачаў вывучаць амерыканскі навуковец Кельнер. Першай значнай адкрыццём на шляху даследавання рэпарацый стаў такі феномен, як фотореактивация. Гэтым тэрмінам Кельнер назваў эфект зніжэння шкоды ад ультрафіялетавага апрамянення пры наступнай апрацоўцы пашкоджаных клетак яркім патокам светлавога выпраменьвання бачнага спектру.

"Светлавое аднаўленне"

Пасля даследавання кельнер атрымалі свой лагічны працяг у працах амерыканскіх біёлагаў Сетлоу, Руперта і некаторых іншых. Дзякуючы працы гэтай групы навукоўцаў было пэўна ўсталявана, што фотореактивация з'яўляецца працэсам, які запускаецца дзякуючы асабліваму рэчыву - ферменты, каталізуе расшчапленне дымеры тимина. Менавіта яны, як высветлілася, ўтвараліся ў ходзе эксперыментаў пад уздзеяннем ультрафіялету. Пры гэтым яркі бачнае святло запускаў дзеянне фермента, які спрыяў расшчапленню дымеры і аднаўленню першапачатковага стану пашкоджаных тканін. У дадзеным выпадку гаворка ідзе пра светлавой разнавіднасці аднаўлення ДНК. Вызначым гэта больш выразна. Можна сказаць, што светлавая рэпарацыя - гэта аднаўленне пад уздзеяннем святла першапачатковай структуры ДНК пасля пашкоджанняў. Аднак гэты працэс не з'яўляецца адзіным, што спрыяюць ліквідацыі пашкоджанняў.

"Темновых" аднаўленне

Праз некаторы час пасля адкрыцця светлавой была выяўленая Цем- навая рэпарацыя. Гэта з'ява адбываецца без якога-небудзь ўздзеяння светлавых прамянёў бачнага спектру. Дадзеная здольнасць да аднаўлення выявілася падчас даследавання адчувальнасці некаторых бактэрый да ўльтрафіялетавых прамянёў і іянізавальнага выпраменьвання. Цем- навая рэпарацыя ДНК - гэта здольнасць клетак прыбіраць любыя патагенныя змены дэзаксірыбануклеінавай кіслаты. Але варта сказаць, што гэта ўжо не фотахімічны працэс, у адрозненне ад светлавога аднаўлення.

Механізм "темнового" ліквідацыі пашкоджанняў

Назірання за бактэрыямі паказалі, што праз некаторы час пасля таго, як аднаклетачны арганізм атрымаў порцыю ультрафіялету, з прычыны чаго некаторыя ўчасткі ДНК апынуліся пашкоджанымі, клетка рэгулюе свае ўнутраныя працэсы пэўным чынам. У выніку зменены кавалачак ДНК проста адразаецца ад агульнай ланцужкі. Атрыманыя ж прамежкі зноўку запаўняюцца неабходным матэрыялам з амінакіслот. Іншымі словамі, ажыццяўляецца ресинтез участкаў ДНК. Адкрыццё навукоўцамі такой з'явы, як Цем- навая рэпарацыя тканін, - гэта яшчэ адзін крок у вывучэнні дзіўных ахоўных здольнасцяў арганізма жывёлы і чалавека.

Як уладкованая сістэма рэпарацый

Эксперыменты, якія дазволілі выявіць механізмы аднаўлення і само існаванне гэтай здольнасці, праводзіліся з дапамогай аднаклетачных арганізмаў. Але працэсы рэпарацый ўласцівыя жывым клеткам жывёл і чалавека. Некаторыя людзі пакутуюць пігментнай ксерадэрма. Гэта захворванне выклікана адсутнасцю здольнасці клетак ресинтезировать пашкоджаную ДНК. Ксерадэрма перадаецца па спадчыне. З чаго ж складаецца рэпарацыйных сістэма? Чатыры фермента, на якіх трымаецца працэс рэпарацый - гэта ДНК-хеликаза, -экзонуклеаза, -полимераза і -лигаза. Першы з гэтых злучэнняў здольны распазнаваць пашкоджанні ў ланцугі малекулы дэзаксірыбануклеінавай кіслаты. Ён не толькі распазнае, але і абразае ланцуг у патрэбным месцы, каб выдаліць зменены адрэзак малекулы. Само ліквідацыю ажыццяўляецца з дапамогай ДНК-экзонуклеазы. Далей адбываецца сінтэз новага ўчастка малекулы дэзаксірыбануклеінавай кіслаты з амінакіслот з мэтай поўнасцю замяніць пашкоджаны адрэзак. Ну і фінальны акорд гэтай найскладанейшай біялагічнай працэдуры здзяйсняецца з дапамогай фермента ДНК-лигазы. Ён адказвае за прымацаванне сінтэзаванага ўчастка да пашкоджанай малекуле. Пасля таго як усе чатыры фермента зрабілі сваю працу, малекула ДНК цалкам абноўлена і ўсе пашкоджанні застаюцца ў мінулым. Вось так зладжана працуюць механізмы ўнутры жывой клеткі.

класіфікацыя

На дадзены момант навукоўцы вылучаюць наступныя разнавіднасці сістэм рэпарацый. Яны актывуюцца ў залежнасці ад розных фактараў. Да іх адносяцца:

1. Рэактывацыя.
2. Рекомбинационное аднаўленне.
3. Рэпарацыя гетеродуплексов.
4. Эксцизионная рэпарацыя.
5. Ўз'яднанне негомологичных рэшт малекул ДНК.

Усе аднаклетачныя арганізмы валодаюць як мінімум трыма ферментных сістэмамі. Кожная з іх валодае здольнасцю ажыццяўляць працэс аднаўлення. Да гэтых сістэмах адносяць: прамую, эксцизионную і пострепликативную. Гэтымі трыма відамі аднаўлення ДНК валодаюць пракарыёты. Што тычыцца эукарыёт.Асноўныя, то ў іх распараджэнні знаходзяцца дадатковыя механізмы, якія называюцца Miss-mathe і Sos-рэпарацыя. Біялогія падрабязна вывучыла ўсе гэтыя віды самааднаўлення генетычнага матэрыялу клетак.

Структура дадатковых механізмаў

Прамая рэпарацыя - гэта найменш складаны спосаб збавення ад паталагічных змен ДНК. Яе ажыццяўляюць асаблівыя ферменты. Дзякуючы ім аднаўленне структуры малекулы ДНК адбываецца вельмі хутка. Як правіла, працэс працякае на працягу адной стадыі. Адным з вышэйапісаных ферментаў з'яўляецца O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза. Эксцизионная сістэма рэпарацый - гэта тып самааднаўлення дэзаксірыбануклеінавай кіслаты, які мае на ўвазе выразанне змененых амінакіслот і наступную замену іх зноўку сінтэзаванымі ўчасткамі. Гэты працэс ужо ажыццяўляецца ў некалькі стадый. У ходзе пострепликативного аднаўлення ДНК ў структуры гэтай малекулы могуць утварацца праломы велічынёй у адзін ланцужок. Затым яны зачыняюцца пры ўдзеле бялку RecA. Пострепликативная сістэма рэпарацый унікальная тым, што ў яе працэсе адсутнічае этап распазнання патагенных зменаў.

Хто адказвае за механізм аднаўлення

На сённяшні дзень навукоўцам вядома, што такое найпростае істота, як кішачная палачка, валодае не менш чым паўсотняй генаў, якія адказваюць непасрэдна за рэпарацый. Кожны ген выконвае пэўныя функцыі. Да іх адносяць: распазнаванне, выдаленне, сінтэз, прымацаванне, ідэнтыфікацыю наступстваў ўздзеяння ультрафіялету і гэтак далей. На жаль, любыя гены, у тым ліку і тыя, што адказваюць за працэсы рэпарацый ў клетцы, падвяргаюцца мутацыйных зменаў. Калі гэта адбываецца, то яны запускаюць больш частыя мутацыі і ва ўсіх клетках арганізма.

Чым небяспечна пашкоджанне ДНК

Кожны дзень ДНК клетак нашага арганізма падвяргаюцца небяспекі пашкоджанняў і паталагічных змен. Гэтаму спрыяюць такія фактары навакольнага асяроддзя, як ультрафіялетавае выпраменьванне, харчовыя дабаўкі, хімічныя рэчывы, перапады тэмператур, магнітныя палі, шматлікія стрэсы, якія запускаюць пэўныя працэсы ў арганізме, і многае іншае. Калі структура ДНК будзе парушаная, гэта можа выклікаць цяжкую мутацыю клеткі, а можа ў будучыні прывесці да раку. Менавіта таму ў арганізма ёсць комплекс мер, закліканых змагацца з такімі пашкоджаннямі. Нават калі ферментам не атрымоўваецца вярнуць ДНК у першапачатковы выгляд, сістэма рэпарацый працуе на тое, каб звесці пашкоджанні да мінімуму.

гамалагічных рэкамбінацыі

Разбярэмся, што гэта такое. Рэкамбінацыі уяўляе сабой абмен генетычным матэрыялам у працэсе разрыву і злучэнні малекул дэзаксірыбануклеінавай кіслаты. У тым выпадку, калі ў ДНК ўзнікаюць парывы, пачынаецца працэс гамалагічных рэкамбінацыі. У ходзе яго ажыццяўляецца абмен фрагментамі двух малекул. Дзякуючы гэтаму дакладна аднаўляецца першапачатковая структура дэзаксірыбануклеінавай кіслаты. У некаторых выпадках можа адбывацца пранікненне ДНК. Дзякуючы працэсу рэкамбінацыі магчымая інтэграцыя гэтых двух разнастайных элементаў.

Механізм аднаўлення і здароўе арганізма

Рэпарацыя - гэта абавязковая ўмова нармальнага функцыянавання арганізма. Падвяргаючыся штодня і штогадзіны пагрозам пашкоджанняў і мутацый ДНК, мнагаклетачных структура прыстасоўваецца і выжывае. Гэта адбываецца ў тым ліку і за кошт наладжанай сістэмы рэпарацый. Адсутнасць нармальнай аднаўленчай здольнасці выклікае хваробы, мутацыі і іншыя адхіленні. Да іх ставяцца розныя паталогіі развіцця, анкалогія і нават само старэнне. Спадчынныя хваробы з прычыны парушэнняў рэпарацый могуць прыводзіць да цяжкіх злаякасным пухлінам і іншым анамалія арганізма. Зараз вызначаны некаторыя захворванні, выкліканыя менавіта збоямі сістэм рэпарацый ДНК. Гэта такія, напрыклад, паталогіі, як сіндром Кокейна, ксерадэрма, неполипозный рак тоўстай кішкі, трихотиодистрофия і некаторыя ракавыя пухліны.