DNA reparation
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 11. juni 2019; checks kræver 8 redigeringer .Reparation (fra lat. reparatio - restaurering) - en speciel funktion af celler , bestående i evnen til at korrigere kemiske skader og brud på DNA- molekyler beskadiget under normal DNA-biosyntese i cellen eller som følge af eksponering for fysiske eller kemiske reagenser. Det udføres af specielle enzymsystemer i cellen. En række arvelige sygdomme (for eksempel xeroderma pigmentosa ) er forbundet med overtrædelser af reparationssystemer.
Opdagelseshistorie
Begyndelsen på undersøgelsen af reparation blev lagt af Albert Kellner ( USA ), som i 1948 opdagede fænomenet fotoreaktivering - et fald i skader på biologiske objekter forårsaget af ultraviolette (UV) stråler, med efterfølgende eksponering for stærkt synligt lys ( let reparation ).
R. Setlow, K. Rupert (USA) og andre fastslog snart, at fotoreaktivering er en fotokemisk proces, der sker med deltagelse af et særligt enzym og fører til spaltning af thymin -dimerer dannet i DNA ved absorption af et UV-kvante.
Senere, da man studerede den genetiske kontrol af bakteriers følsomhed over for UV-lys og ioniserende stråling, blev mørk reparation opdaget - cellernes egenskab til at eliminere skader i DNA uden deltagelse af synligt lys. Mekanismen for mørk reparation af bakterieceller bestrålet med UV-lys blev forudsagt af A. P. Howard-Flanders og eksperimentelt bekræftet i 1964 af F. Hanawalt og D. Petitjohn (USA). Det blev vist, at i bakterier efter bestråling udskæres beskadigede DNA-sektioner med ændrede nukleotider , og DNA resyntetiseres i de resulterende huller.
Reparationssystemer findes ikke kun i mikroorganismer , men også i dyre- og menneskeceller , hvor de studeres i vævskulturer . En arvelig sygdom hos en person er kendt - xeroderma pigmentosa , hvor reparation er forstyrret.
Thomas Lindahl , Aziz Shankar og Paul Modric modtog 2015 Nobelprisen i kemi for deres forskning i studiet af DNA-reparationsmetoder [1] [2] .
Kilder til DNA-skader
- Ultraviolet stråling
- Stråling
- Kemiske stoffer
- DNA- replikationsfejl
- Apurinisering - spaltning af nitrogenholdige baser fra sukker-phosphat-rygraden
- Deaminering - fjernelse af en aminogruppe fra en nitrogenholdig base
Hovedtyper af DNA-skader
- Enkelt nukleotidskade
- Beskadigelse af et par nukleotider
- Dobbeltstrenget og enkeltstrenget DNA-streng bryder
- Dannelse af tværbindinger mellem baserne af den samme streng eller forskellige DNA-strenge
- Dannelse af thymin-dimerer
- Tværbinding
Strukturen af reparationssystemet
Hvert af reparationssystemerne inkluderer følgende komponenter:
- DNA-helicase - et enzym, der "genkender" kemisk ændrede sektioner i kæden og bryder kæden nær skaden;
- DNase (deoxyribonuklease) er et enzym, der "skærer" 1 DNA-streng (en sekvens af nukleotider) langs en phosphodiesterbinding og fjerner et beskadiget område: exonuklease virker på terminale nukleotider 3` eller 5`, endonuklease virker på andre nukleotider end terminale. ;
- DNA-polymerase - et enzym, der syntetiserer den tilsvarende del af DNA -kæden for at erstatte den slettede;
- DNA-ligase er et enzym, der lukker den sidste binding i polymerkæden og derved genopretter dens kontinuitet.
Typer af erstatning
Bakterier har mindst 3 enzymsystemer, der fører til reparation - direkte, excisional og post-replikativ. Eukaryoter og bakterier har også specielle typer reparationsmismatch [ 3] og SOS-reparation (på trods af navnet adskiller denne type reparation sig lidt mellem bakterier og eukaryoter [4] .
Direkte erstatning
Direkte reparation er den enkleste måde at eliminere skader i DNA, som normalt involverer specifikke enzymer , der hurtigt (normalt i ét trin) kan eliminere den tilsvarende skade og genoprette den oprindelige nukleotidstruktur . Sådan virker for eksempel O6-methylguanin- DNA-methyltransferase , som fjerner methylgruppen fra nitrogenbasen til en af dens egne cysteinrester .
Excisionel reparation
Udskæringsreparation involverer fjernelse af beskadigede nitrogenholdige baser fra DNA og den efterfølgende genoprettelse af den normale struktur af molekylet langs den komplementære kæde. Enzymsystemet fjerner en kort enkeltstrenget sekvens af dobbeltstrenget DNA indeholdende mismatchede eller beskadigede baser og erstatter dem ved at syntetisere en sekvens, der er komplementær til den resterende streng.
Udskæringsreparation er den mest almindelige metode til reparation af modificerede DNA-baser . Det er baseret på genkendelsen af en modificeret base af forskellige glycosylaser, der spalter N-glykosidbindingen af denne base med sukker-phosphat-rygraden i DNA-molekylet. Samtidig er der glycosylaser, der specifikt genkender tilstedeværelsen i DNA af visse modificerede baser (oxymethyluracil, hypoxanthin, 5-methyluracil, 3-methyladenin, 7-methylguanin osv.). For mange glycosylaser er polymorfi forbundet med udskiftning af et af nukleotiderne i genets kodende sekvens blevet beskrevet til dato. For en række isoformer af disse enzymer er der etableret en sammenhæng med en øget risiko for onkologiske sygdomme [Chen, 2003].
En anden type udskæringsreparation er nukleotidudskæringsreparation , designet til større læsioner såsom dannelsen af pyrimidindimerer .
Post-replikativ reparation
Den type reparation, der opstår, når processen med excisional reparation er utilstrækkelig til fuldstændigt at reparere skaden: efter replikation med dannelse af DNA, der indeholder beskadigede områder, dannes enkeltstrengede huller, som udfyldes i processen med homolog rekombination med hjælp af RecA -proteinet [5] .
Postreplikativ reparation er blevet opdaget i E. coli -celler, der ikke er i stand til at spalte thymin-dimerer. Dette er den eneste type reparation, der ikke har et skadesgenkendelsestrin.
Interessante fakta
- Det antages, at fra 80 % til 90 % af alle kræfttilfælde er forbundet med manglende DNA-reparation [6] .
- DNA-skader under påvirkning af miljøfaktorer, såvel som normale metaboliske processer, der forekommer i cellen, forekommer med en frekvens på flere hundrede til 1000 tilfælde i hver celle, hver time [7] .
- Faktisk forekommer fejl i reparation lige så ofte som i replikering , og under visse betingelser endnu oftere.
- I kønsceller forekommer kompleks reparation forbundet med homolog rekombination ikke på grund af den haploide natur af genomet af disse celler [8] .
Noter
- ↑ Nobelprisen i kemi tildelt for reparation af DNA // Lenta.Ru . Hentet 7. oktober 2015. Arkiveret fra originalen 7. oktober 2015.
- ↑ Kirill Stasevich. Hvordan en celle reparerer sit DNA // Videnskab og liv . - 2015. - Nr. 11 . - S. 30-38 .
- ↑ Kenji Fukui. DNA mismatch reparation i eukaryoter og bakterier // Journal of Nucleic Acids. — 2010-07-27. - T. 2010 . - S. 260512 . — ISSN 2090-021X . - doi : 10.4061/2010/260512 . Arkiveret fra originalen den 24. november 2021.
- ↑ Mark S. Eller, Adam Asarch, Barbara A. Gilchrest. Fotobeskyttelse i menneskelig hud — et mangefacetteret SOS-respons† // Fotokemi og fotobiologi. - 2008. - Bd. 84 , udg. 2 . — S. 339–349 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/j.1751-1097.2007.00264.x . Arkiveret fra originalen den 24. november 2021.
- ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetik med det grundlæggende i udvælgelse. - Moskva: Higher School, 1989
- ↑ A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova. Molekylær Biologi. - M . : Academy, 2003. - ISBN 5-7695-0783-7 .
- ↑ Vilenchik MM , Knudson AG Inverse strålingsdosis-rate-effekter på somatiske og kimlinjemutationer og DNA- skadehastigheder // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2000. - 2. maj ( bind 97 , nr. 10 ). - P. 5381-5386 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.090099497 . — PMID 10792040 .
- ↑ B. Lewin. Gener.
Se også
- Strålingsinducerede tricks
- DNA-skade
- cellecyklus
- genterapi
- Primære radiobiologiske processer
- Progeria
 Ordbøger og encyklopædier |
|---|
| DNA reparation | |
|---|---|
| Udskæringsreparation |
|
| Andre former for erstatning |
|
| Andre proteiner |
|
| Regulering |
|
 cellekerne | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nuklear membran / Nuklear lamina |
| ||||||||
| nukleolus |
| ||||||||
| Andet |
| ||||||||