Repararea ADN-ului
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 11 iunie 2019; verificările necesită 8 modificări .Reparație (din lat. reparatio - restaurare) - o funcție specială a celulelor , constând în capacitatea de a corecta daune chimice și rupturi în moleculele de ADN deteriorate în timpul biosintezei normale a ADN-ului în celulă sau ca urmare a expunerii la reactivi fizici sau chimici. Se realizează prin sisteme speciale de enzime ale celulei. O serie de boli ereditare (de exemplu, xeroderma pigmentosa ) sunt asociate cu încălcări ale sistemelor de reparare.
Istoricul descoperirilor
Începutul studiului reparației a fost pus de lucrarea lui Albert Kellner ( SUA ), care în 1948 a descoperit fenomenul de fotoreactivare - o scădere a daunelor obiectelor biologice cauzate de razele ultraviolete (UV), cu expunerea ulterioară la lumină vizibilă strălucitoare. ( reparație ușoară ).
R. Setlow, K. Rupert (SUA) și alții au stabilit curând că fotoreactivarea este un proces fotochimic care are loc cu participarea unei enzime speciale și duce la scindarea dimerilor de timină formați în ADN la absorbția unui cuantum UV.
Mai târziu, la studierea controlului genetic al sensibilității bacteriilor la lumina UV și radiațiile ionizante, a fost descoperită repararea întunericului - proprietatea celulelor de a elimina deteriorarea ADN-ului fără participarea luminii vizibile. Mecanismul de reparare a întunericului celulelor bacteriene iradiate cu lumină UV a fost prezis de A. P. Howard-Flanders și confirmat experimental în 1964 de F. Hanawalt și D. Petitjohn (SUA). S-a demonstrat că în bacterii după iradiere, secțiunile de ADN deteriorate cu nucleotide modificate sunt excizate și ADN-ul este resintetizat în golurile rezultate.
Sistemele de reparare există nu numai în microorganisme , ci și în celulele animale și umane , în care sunt studiate în culturi de țesuturi . Este cunoscută o boală ereditară a unei persoane - xeroderma pigmentosa , în care repararea este perturbată.
Thomas Lindahl , Aziz Shankar și Paul Modric au primit Premiul Nobel pentru Chimie în 2015 pentru cercetările lor în studiul metodelor de reparare a ADN-ului [1] [2] .
Surse de deteriorare a ADN-ului
- Radiația ultravioletă
- Radiația
- Substanțe chimice
- erori de replicare a ADN-ului
- Apurinizare - scindarea bazelor azotate din coloana vertebrală zahăr-fosfat
- Dezaminarea - îndepărtarea unei grupări amino dintr-o bază azotată
Principalele tipuri de leziuni ale ADN-ului
- Lezarea unui singur nucleotide
- Deteriorarea unei perechi de nucleotide
- Catenele de ADN dublu și monocatenar se rupe
- Formarea de legături încrucișate între bazele aceleiași catene sau ale diferitelor catene de ADN
- Formarea dimerilor de timină
- Reticulare
Structura sistemului de reparații
Fiecare dintre sistemele de reparare include următoarele componente:
- ADN helicaza - o enzimă care „recunoaște” secțiunile modificate chimic din lanț și rupe lanțul în apropierea daunei;
- ADNaza (dezoxiribonucleaza) este o enzimă care „taie” 1 catenă de ADN (o secvență de nucleotide) de-a lungul unei legături fosfodiester și îndepărtează o zonă deteriorată: exonucleaza lucrează pe nucleotidele terminale 3` sau 5`, endonucleaza acţionează pe nucleotidele altele decât cele terminale. ;
- ADN polimerază - o enzimă care sintetizează secțiunea corespunzătoare a lanțului ADN pentru a o înlocui pe cea șters;
- ADN ligaza este o enzimă care închide ultima legătură din lanțul polimeric și, prin urmare, îi restabilește continuitatea.
Tipuri de reparații
Bacteriile au cel puțin 3 sisteme enzimatice care duc la reparare - direct, excizial și post-replicativ. Eucariotele și bacteriile au, de asemenea, tipuri speciale de reparații Mismatch [3] și SOS-repair (în ciuda numelui, acest tip de reparare diferă ușor între bacterii și eucariote [4] .
Reparație directă
Repararea directă este cea mai simplă modalitate de a elimina deteriorarea ADN-ului, care implică de obicei enzime specifice care pot elimina rapid (de obicei într-un singur pas) deteriorarea corespunzătoare, restabilind structura nucleotidică inițială . Așa acționează, de exemplu, O6-metilguanină- ADN metiltransferaza , care elimină gruparea metil din baza azotată într-unul dintre propriile reziduuri de cisteină .
Reparație excizională
Repararea prin excizie implică îndepărtarea bazelor azotate deteriorate din ADN și restabilirea ulterioară a structurii normale a moleculei de-a lungul lanțului complementar. Sistemul enzimatic îndepărtează o secvență scurtă monocatenar de ADN dublu catenar care conține baze nepotrivite sau deteriorate și le înlocuiește prin sintetizarea unei secvențe care este complementară catenei rămase.
Repararea prin excizie este cea mai comună metodă de reparare a bazelor ADN modificate . Se bazează pe recunoașterea unei baze modificate de către diferite glicozilaze care scindează legătura N-glicozidică a acestei baze cu coloana vertebrală zahăr-fosfat a moleculei de ADN. În același timp, există glicozilaze care recunosc în mod specific prezența în ADN a anumitor baze modificate (oximetiluracil, hipoxantina, 5-metiluracil, 3-metiladenină, 7-metilguanină etc.). Pentru multe glicozilaze, polimorfismul asociat cu înlocuirea uneia dintre nucleotide din secvența de codificare a genei a fost descris până în prezent. Pentru o serie de izoforme ale acestor enzime, a fost stabilită o asociere cu un risc crescut de boli oncologice [Chen, 2003].
Un alt tip de reparare prin excizie este repararea prin excizie a nucleotidelor , concepută pentru leziuni mai mari, cum ar fi formarea de dimeri de pirimidină .
Reparație post-replicativă
Tipul de reparare care are loc atunci când procesul de reparare prin excizie este insuficient pentru a repara complet deteriorarea: după replicare cu formarea de ADN care conține zone deteriorate, se formează goluri monocatenar, care sunt umplute în procesul de recombinare omoloagă cu ajutorul a proteinei RecA [5] .
Repararea postreplicativă a fost descoperită în celulele E. coli incapabile să scinda dimerii de timină. Acesta este singurul tip de reparație care nu are o etapă de recunoaștere a daunelor.
Fapte interesante
- Se crede că de la 80% până la 90% din toate tipurile de cancer sunt asociate cu o lipsă de reparare a ADN-ului [6] .
- Leziunile ADN-ului sub influența factorilor de mediu, precum și procesele metabolice normale care au loc în celulă, au loc la o frecvență de la câteva sute până la 1000 de cazuri în fiecare celulă, la fiecare oră [7] .
- De fapt, erorile în reparație apar la fel de des ca și în replicare și, în anumite condiții, chiar mai des.
- În celulele germinale, repararea complexă asociată cu recombinarea omoloagă nu are loc din cauza naturii haploide a genomului acestor celule [8] .
Note
- ↑ Premiul Nobel pentru Chimie acordat pentru repararea ADN-ului // Lenta.Ru . Consultat la 7 octombrie 2015. Arhivat din original pe 7 octombrie 2015.
- ↑ Kirill Stasevici. Cum o celulă își repară ADN-ul // Știință și viață . - 2015. - Nr. 11 . - S. 30-38 .
- ↑ Kenji Fukui. Repararea nepotrivirii ADN-ului la eucariote și bacterii // Journal of Nucleic Acids. — 27.07.2010. - T. 2010 . - S. 260512 . — ISSN 2090-021X . - doi : 10.4061/2010/260512 . Arhivat din original pe 24 noiembrie 2021.
- ↑ Mark S. Eller, Adam Asarch, Barbara A. Gilchrest. Fotoprotecția în pielea umană—un răspuns SOS cu mai multe fațete† // Fotochimie și fotobiologie. - 2008. - Vol. 84 , iss. 2 . — P. 339–349 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/j.1751-1097.2007.00264.x . Arhivat din original pe 24 noiembrie 2021.
- ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetica cu bazele selecției. - Moscova: Școala Superioară, 1989
- ↑ A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova. Biologie moleculara. - M . : Academia, 2003. - ISBN 5-7695-0783-7 .
- ↑ Vilenchik MM , Knudson AG Efecte inverse ale dozei de radiație asupra mutațiilor somatice și ale liniei germinale și ratelor de deteriorare a ADN-ului // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2000. - 2 mai ( vol. 97 , nr. 10 ). - P. 5381-5386 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.090099497 . — PMID 10792040 .
- ↑ B. Lewin. Genele.
Vezi și
- Trucuri induse de radiații
- Leziuni ale ADN-ului
- ciclul celulei
- terapia genică
- Procese radiobiologice primare
- Progeria
 Dicționare și enciclopedii |
|---|
| Repararea ADN-ului | |
|---|---|
| Repararea exciziei |
|
| Alte tipuri de reparații |
|
| Alte proteine |
|
| Regulament |
|
 nucleul celular | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Membrană nucleară / Lamina nucleară |
| ||||||||
| nucleol |
| ||||||||
| Alte |
| ||||||||