DNA REPARASJON
Reparasjonssystemer
2 Utskjæringsreparasjon. Eksempler og typer
3 Reparasjon av DNA-replikasjonsfeil
4 Rekombinant (postreplikativ) reparasjon i bakterier
5 SOS-oppreisning
DNA-reparasjonssystemer er ganske konservative i utviklingen fra bakterier til mennesker og er mest studert i E. coli.
To typer reparasjon er kjent:direkte og eksisjonell
Direkte oppreisning
Direkte reparasjon er den enkleste måten å eliminere skade i DNA, som vanligvis involverer spesifikke enzymer som raskt (vanligvis i ett trinn) kan eliminere den tilsvarende skaden, og gjenopprette den opprinnelige strukturen til nukleotidene.
1. Dette fungerer f.eks.O6-metylguanin DNA-metyltransferase
(selvmordsenzym), som fjerner en metylgruppe fra en nitrogenholdig base til en av dens egne cysteinrester
I E. coli kan opptil 100 molekyler av dette proteinet syntetiseres på 1 minutt. Et protein som i funksjon ligner høyere eukaryoter spiller tilsynelatende en viktig rolle i beskyttelsen mot kreft forårsaket av interne og eksterne alkylerende faktorer.
DNA-innsetting
2. DNA-innsettinger
fotolyase
3. Thymin-dimerer "frakobles" av direkte oppreisning hovedrollenfotolyase, som utfører den tilsvarende fotokjemiske transformasjonen. DNA-fotolyaser er en gruppe lysaktiverte enzymer med en bølgelengde på 300 - 600 nm (synlig region), som de har et spesielt lysfølsomt senter for i sin struktur.
De er utbredt i naturen og finnes i bakterier, gjær, insekter, krypdyr, amfibier og mennesker. Disse enzymene krever en rekke kofaktorer (FADH, tetrahydrofolsyre, etc.) involvert i den fotokjemiske aktiveringen av enzymet. E. coli fotolyase er et protein med en molekylvekt på 35 kDa, tett assosiert med oligoribonukleotid 10-15 nukleotider langt nødvendig for enzymaktivitet.
Eksempler på direkte oppreisning
1. Metylert base O 6-mG dimetylert av enzymet metyltransferaseO6-metylguanin DNA-metyltransferase (selvmordsenzym), som overfører en metylgruppe til en av dens rester
cystein
2. AP-steder kan repareres ved direkte innsetting av puriner med deltakelse av enzymer kaltDNA-innsettinger(fra engelsk insert - insert).
DIAGRAM PÅ ET EKSEMPEL PÅ DIREKTE SKADER REPARASJON I DNA – metylert base O6- mGdemetyleres av enzymet metyltransferase, som overfører en metylgruppe til en av dens cystein-aminosyrerester.
3. Fotolyase fester seg til tymin-dimeren og etter bestråling av dette komplekset med synlig lys (300-600 nm), nøstes dimeren opp.
DIAGRAM PÅ ET EKSEMPEL PÅ DIREKTE REPARASJON AV SKADER I DNA – Fotolyase
fester seg til tymin-dimeren, og etter bestråling med det synlige lysspekteret løses denne dimeren opp
Utskjæringsreparasjon
(fra den engelske excision - cutting).
DEFINISJON
Eksisjonsreparasjon inkluderer sletting skadede nitrogenholdige baser fra DNA og påfølgende utvinning normal molekylstruktur.
MEKANISME
Eksisjonsreparasjon involverer vanligvis flere enzymer, og selve prosessen involverer
ikke bare skadet ,
men også nukleotidene ved siden av den .
FORHOLD
Eksisjonsreparasjon krever en andre (komplementær) DNA-streng. Et generelt forenklet diagram over eksisjonsreparasjon er vist i fig. 171.
TRINN
Det første trinnet i eksisjonsreparasjon er fjerning av unormale nitrogenholdige baser. Det katalyseres av gruppenDNA-N-glykosylase- enzymer som spalter glykosidbindingen mellom deoksyribose og en nitrogenholdig base.
VIKTIG VARSEL:
UpersonDNA-N-glykosylaserhar høy substratspesifisitet: forskjellige enzymer i denne familien gjenkjenner og utsetter ulike unormale grunner(8-oksoguanin, uracil, metylpuriner, etc.).
UbakterieDNA-N-glykosylaserhar ikke slik substratspesifisitet
VANLIGE EXCISION REPARATION ENZYMER
| NAVN | FUNKSJON | MEKANISME |
| DNA-N-glykosylaser | eksisjon av unormale nitrogenholdige baser | spalter glykosidbindingen mellom deoksyribose og nitrogenholdig base |
| AP endonuklease | skaper forutsetninger for at neste enzym skal virke - eksonukleaser | bryter sukker-fosfat-ryggraden i DNA-molekylet på AP-stedet |
| eksonuklease | frigjør flere nukleotider | sekvensielt spalter flere nukleotider fra en skadet del av en DNA-streng |
SPESIFIKKE FØLGETRINN I DENNE MEKANISMEN:
Som et resultat av handlingen DNA- N-glykosylasedet dannes et AP-sted, som angripes av enzymet AP endonuklease. Det bryter sukker-fosfat-ryggraden til DNA-molekylet på AP-stedet og skaper dermed betingelser for arbeidet til neste enzym - eksonukleaser, som sekvensielt spalter flere nukleotider fra den skadede delen av en DNA-streng.
I bakterieceller det ledige rommet fylles med de tilsvarende nukleotidene med deltakelse DNA-polymerase I, orientert mot den andre (komplementære) DNA-strengen.
Siden DNA-polymerase I er i stand til å forlenge 3"-enden av en av trådene på stedet for et brudd i dobbelttrådet DNA og fjerne nukleotider fra 5"-enden av samme brudd,
de. innse "nick-sending" , spiller dette enzymet en nøkkelrolle i DNA-reparasjon. Den siste sømmen av de reparerte områdene utføres DNA-ligase.
I eukaryote (pattedyr) celler
DNA-eksisjonsreparasjon i pattedyrceller er ledsaget av en kraftig økning i aktiviteten til et annet enzym -poly ADR-ribose polymerase . Dette skjer ADP-ribosylering av kromatinproteiner(histoner og ikke-histonproteiner), noe som fører til en svekkelse av deres forbindelse med DNA og åpner for tilgang til reparasjonsenzymer.
Donor ADP-ribosevirker i disse reaksjoneneNAD+, hvis reserver er sterkt oppbrukt under eksisjonsreparasjon av skader forårsaket av røntgenbestråling:
Negativt ladede rester ADP-ribose fra den indre sammensetningen av molekylet NAD+ legge til via radikalglutaminisk syre eller fosfoserintil kromatinproteiner, noe som fører til nøytralisering av de positive ladningene til disse proteinene og svekkelse av deres kontakt med DNA.
HVA ER EN GRUPPE ENZYMER
DNA-glykosylaser
spalter glykosidbindingen mellom deoksyribose og nitrogenbasen
som resulterer i utskjæring av unormale nitrogenholdige baser
DNA-glykosylaser involvert i eliminering av oksidativ DNA-skade i celler prokaryoter og eukaryoter, er svært forskjellige og skiller seg i substratspesifisitet, romlig struktur og metoder for interaksjon med DNA.
De mest studerte DNA-glykosylasene inkluderer:
endonuklease III(EndoIII),
danner amido pyrimidin DNA glykosylase (Fpg),
Mut T Og
Mut Ycoli.
Endonuklease IIIE. coli "gjenkjenner" og spalter spesifikt fra DNA oksidert pyrimidinbaser.
Dette enzymet er et monomert kuleprotein som består av 211 aminosyrer rester (mol. masse 23,4 kDa). Genet som koder for Endo III er sekvensert, og dets nukleotidsekvens er bestemt. Endo III er jern svovelprotein [(4 Fe-4S )2+ protein] som har elementet oversekundær struktur"Gresk nøkkel" type (spiral - hårnål - spiral), tjener til å binde seg til DNA. Enzymer med lignende substratspesifisitet og lignende aminosyresekvenser har også blitt isolert fra bovine og menneskelige celler.
Dann amido pyridin DNA glykosylase E. coli "gjenkjenner" og spalter oksiderte heterosykliske forbindelser fra DNA purinbaser .
SKJEMA FOR REPARASJON AV EXCISION STADIUM 1
DNAN
REPARASJONSORDNING FOR EXCISION
1 DNANglykosidase fjerner skadet base
AP endonuklease bryter DNA
2 Eksonuklease fjerner en rekke nukleotider
3 DNA-polymerase fyller det ledige området med komplementær
Mononukleotider
DNA-ligase syr den reparerte DNA-tråden sammen
Mut T- et lite protein med en molekylvekt på 15 kDa med nukleosidtrifosfataseaktivitet, som hovedsakelig er hydrolyserer dGTP til dGMP og pyrofosfat.
Biologisk rolle til Mut T er å forhindre dannelse av ikke-kanoniske par under replikeringA:G Og A: 8-okso-G.
Slike par kan dukke opp når oksidert form
dGTP (8-oxo-dGTP) blir substrat DNA-polymeraser.
Mut T hydrolyserer 8-oxo-dGTP10 ganger raskere enn dGTP.
Det gjør det 8-oxo-dGTPdet mest foretrukne substratetMutTog forklarer dens funksjonelle rolle.
Mut Yer en spesifikk adenin-DNA-glykosylase som spalter N-glykosidbindingen mellom adenin og deoksyribose adenosin, danner et ikke-kanonisk par med guanin.
Den funksjonelle rollen til dette enzymet er å forhindre mutasjon
T:A - G:A av spaltning av den intakte resten adeninfra basepar A: 8-oxo-G.
Reparasjon av nukleotideksisjon
(ATP-avhengig mekanisme for fjerning av DNA-skader)
Nylig, i eksisjonsreparasjon, har spesiell oppmerksomhet blitt gitt til den ATP-avhengige mekanismen for å fjerne skade fra DNA. Denne typen eksisjonsreparasjon kalles nukleotideksisjonsreparasjon (NER).
Den inkluderer TO STAPPER :
1. fjerning fra DNAoligonukleotidfragmenter som inneholder skader, og
Exinuclease
2. påfølgende rekonstruksjon av DNA-kjeden med deltakelse av et kompleks av enzymer (nukleaser, DNA-polymeraser, DNA-ligaser, etc.).
Fjerning av et DNA-fragment skjer på begge sider av den skadede nukleotid. Lengden på de fjernede oligonukleotidfragmentene er forskjellig mellom prokaryoter og eukaryoter.
Fjerne et DNA-fragment fra prokaryoter
Således, i E. coli, B. subtilus, Micrococcus luteus, en fragmentlengde 12-13 nukleotider,
Fjerne et DNA-fragment i eukaryoter
og i gjær, amfibier og mennesker - et fragment bestående av 24-32 nukleotider.
Exinuclease– et enzym som fjerner DNA-fragmenter
Spaltningen av et DNA-fragment utføres av et enzymexinuklease(excinuclease). I E. coli består dette enzymet av 3 forskjellige protomerer -
uvrA
uvr B
uvr C
som hver utfører en spesifikk funksjon under eksisjonsspalting av et DNA-fragment. Navnene på disse proteinene er gitt av de første bokstavene i ordene"ultra fiolett reparasjon".
Protomer uvr Ahar ATPase aktivitet, binder seg til DNA i form av en dimer, utfører
førstegangserkjennelse av skade og
bindinguvr B
Protomer uvr B har:
1 . Latent ATPase og latent helikaseaktivitet, nødvendig for å endre konformasjoner og avvikle DNA-dobbelthelixen;
2. Endonuklease aktivitet, spalter internukleotid (fosfodiester) bindingen fraZ"-endeavbrutt fragment.
Protomer uvr Cfungerer som endonuklease, og introduserer et brudd i DNA-tråden som repareres med5" slutterkuttet ut fragment.
Dermed protomersuvr A, uvr B, uvr Cinteragerer med DNA i en spesifikk sekvens, og utfører en ATP-avhengig reaksjonspaltning av et oligonukleotidfragment fra DNA-tråden som repareres.
Det resulterende gapet i DNA-molekylet gjenopprettes med deltakelse av DNA-polymerase I og DNA-ligase. En modell for eksisjonsreparasjon som involverer enzymene ovenfor er vist i fig. 172.
Eksisjonsreparasjoner hos mennesker
Eksisjonsreparasjoner hos mennesker er også ATP-avhengige og inkluderertre hovedstadier :
erkjennelse av skade,
dobbel DNA-trådskjæring
reduktiv syntese og
ligering av den reparerte tråden.
Imidlertid involverer menneskelig DNA-eksisjonsreparasjon
25 forskjellige polypeptider ,
16 hvorav deltar i spaltningen av oligonukleotidfragmentet, som er protomerereksinukleaser,
og resten 9 utføre syntesen av den reparerte delen av molekylet.
I DNA-reparasjonssystemet hos mennesker spiller transkripsjonsproteiner en svært viktig rolle -
RNA-polymerase II Og
TF man- en av de seks viktigste transkripsjonsfaktorene eukaryoter.
Det skal bemerkes at utskjæringsreparasjon i prokaryoter, som i eukaryoter, avhenger av den funksjonelle tilstanden til DNA:
Transkribert DNA repareres raskere
enn transkripsjonelt inaktiv.
Dette fenomenet forklares av følgende faktorer:
kromatin struktur,
homologi av kjedene til transkriberte DNA-seksjoner,
effekten av strengskade og dens innflytelse på RNA-polymerase.
VIKTIG VARSEL:
DNA KODEKJEDE (informasjonslagringskjede)
DNA MATRIX CHAIN (informasjon er kopiert fra den)
Det er kjent at så store skader som dannelse av tymin-dimerer, blokkerer transkripsjon hos både bakterier og mennesker hvis de oppstår på matrisekjede DNA (skade på koding kjeder ikke påvirke til transkripsjonskomplekset). RNA-polymerase stopper på stedet for DNA-skade og blokkerer funksjonen til transkripsjonskomplekset.
Transcription-repair linkage factor (TRCF) .
I E. coli medieres økt transkripsjonell reparasjon av ett spesielt protein -transcription-repair linkage factor (TRCF) .
Dette proteinet fremmer :
1. løsgjøring av RNA-polymerase fra DNA
2. stimulerer samtidig dannelsen av et proteinkompleks,
Utføre reparasjon av det skadede området.
Når reparasjonen er fullført, går RNA-polymerase tilbake til sin opprinnelige posisjon og transkripsjonen fortsetter (se figur).
Så den generelle ordningen med eksisjonsreparasjon
1. DNA-N -glykosylase fjerner den skadede basen
2. AP endonuklease bryter DNA-kjeden
3. Eksonuklease fjerner en rekke nukleotider
4. DNA-polymerase fyller det ledige området
Komplementære nukleotider
5. DNA-ligase syr den reparerte DNA-tråden sammen
Reparasjon av DNA-replikasjonsfeil
ved metylering
Feil i sammenkobling av nitrogenholdige baser under DNA-replikasjon forekommer ganske ofte (i bakterier, en gang per 10 tusen nukleotider), som et resultat av attil datterstrengen av DNA nukleotider som ikke er komplementære til nukleotidene i moderkjeden er inkludert -uoverensstemmelser(eng. mismatch n e korresponderer).
Selv omDNA-polymerase Iprokaryoter har evnen til å selvkorrigere sin innsats for å eliminere feilfestede nukleotider noen ganger er de ikke nok, og så forblir noen ukorrekte (ikke-komplementære) par i DNA.
I dette tilfellet skjer reparasjon ved hjelp av et spesifikt system knyttet tilDNA-metylering . Handlingen til dette reparasjonssystemet er basert på det faktum at etter replikasjon, etter en viss tid (flere minutter), gjennomgår DNA metylering.
I E. coli metylert for det meste adenin med utdanning
N6-metyl-adenin (N6-mA).
Frem til dette punktet, nylig syntetisert(datterselskap)kjeden forblir umetylert.
Hvis en slik kjede inneholder uparrede nukleotider, så gjennomgår den reparasjon: Altsåmetylering merker DNA og
inkluderer feilrettingssystem replikering.
I dette reparasjonssystemet gjenkjennes spesielle strukturer:
etterfølgeG-N6-mA-T-COg neste bak den er det deformasjon
i den doble helixen hvor det ikke er komplementaritet (fig. nedenfor).
Ved å eliminere uparrede nukleotider i semi-metylert DNA-molekylet involverer et ganske komplekst kompleks av reparasjonsenzymer, som skanner overflaten av DNA-molekylet,kutter ut en del av en barnekjede ty til mismatcham, og skaper deretter forutsetninger for utvikling
dets nødvendige (komplementære) nukleotider.
Ulike komponenter i dette komplekset har forskjellige aktiviteternuklease,
helicase,
ATPase,
nødvendig for å introdusere brudd i DNA og spalting av nukleotider, avvikle DNA-dobbelhelixen og gi energi til bevegelsen av komplekset langs den reparerte delen av molekylet.
Et kompleks av reparasjonsenzymer som ligner i struktur og funksjon er identifisert hos mennesker.
Rekombinant (post-replikativ) reparasjon
I tilfeller hvor de ovennevnte reparasjonssystemene av en eller annen grunn forstyrres, kan det dannes hull (underreparerte seksjoner) i DNA-kjedene, som har noen ganger ganske betydelige størrelser, som er full av forstyrrelser i replikasjonssystemet og kan føre til celledød.
I dette tilfellet er cellen i stand til å bruke et annet DNA-molekyl oppnådd etter replikasjon for å reparere ett DNA-molekyl, dvs. tiltrekke seg en mekanisme for dette formåletrekombinasjon.
I bakterier
Hos bakterier deltar den i rekombinant reparasjon.protein Rec A. Den binder seg til en enkeltstrenget region av DNA og involverer den i rekombinasjon medhomologe områder av intakte tråder av et annet DNA-molekyl .
Som et resultat blir både de ødelagte (som inneholder gap) og intakte tråder av DNA-molekylet som repareres paret med intakte komplementære DNA-regioner, noe som åpner for muligheten for reparasjon gjennom de ovenfor beskrevne systemene.
I dette tilfellet kan det være kutting et visst fragment og
fyllingmed sin hjelp, hull i den defekte kretsen.
Hullene og bruddene som oppstår i DNA-kjedene fylles med deltakelsenDNA-polymerase I og DNA-ligase .
SOS-oppreisning
Eksistensen av dette systemet ble først postulert av M. Radman i 1974. Han ga også navnet til denne mekanismen ved å inkludere det internasjonale nødsignalet "SOS" (redd våre sjeler).
Dette systemet slår seg faktisk på når DNA-skaden blir så stor at den truer cellens liv. I dette tilfellet oppstår induksjonen av aktiviteten til en mangfoldig gruppe gener involvert i forskjellige cellulære prosesser assosiert med DNA-reparasjon.
Inkludering av visse gener, bestemt av mengden skade i DNA, fører til cellulære responser av ulik betydning (fra standarden reparasjon av skadet nukleotider og avslutning undertrykkelse celledeling).
De fleste studerteSOS-oppreisningi E. coli, hvor hoveddeltakerne er proteiner kodet gener Rec AOgLex A.
Den første av dem er en multifunksjonellRec A protein, deltar
V DNA-rekombinasjon, og
V regulering av gentranskripsjon fag lambda, som påvirker E. coli,
og andre (Lex A-protein)er undertrykker transkripsjon av en stor gruppe gener beregnet på DNA-reparasjon bakterie. Når hemmet eller løst reparasjon er aktivert.
Binding Rec A med Lex Aleder til splittelsen av sistnevnte og følgelig til aktivering av reparasjonsgener.
I sin tur tjener induksjonen av det bakterielle SOS-systemet tilfag lambda faresignal og får profeten til å bytte fra passiv til aktiv (lytisk) vei eksistens, og dermed forårsaker vertscelledød.
SOS-reparasjonssystemet er identifisert ikke bare hos bakterier, men også hos dyr og mennesker.
Gener involvert i reparasjon av SOS DNA-skader
| Gener | Konsekvenser av genaktivering |
| uvr A, B, C, D | Reparasjon av skade på sekundær DNA-struktur |
| Rec A | Post-replikativ reparasjon, induksjon av SOS-systemet |
| lex A | Slår av SOS-systemet |
| rec N,ruv | Reparasjon av dobbelttrådet brudd |
| Sikre rekombinasjonsreparasjon |
|
| umu C, D | Mutagenese forårsaket av endringer i egenskapene til DNA-polymerase |
| sul A | Undertrykkelse av celledeling |
Konklusjon
Reparasjon av DNA-skader er nært knyttet til andre grunnleggende molekylærgenetiske prosesser: replikering, transkripsjon og rekombinasjon. Alle disse prosessene viser seg å være sammenflettet inn i et generelt system av interaksjoner, servert av et stort antall forskjellige proteiner, hvorav mange er multifunksjonelle molekyler involvert i kontroll over implementeringen av genetisk informasjon i pro- og eukaryote celler. Samtidig er det åpenbart at naturen "skinner ikke" på kontrollelementer, og skaper svært komplekse systemer for å korrigere skadene i DNA som er farlige for kroppen og spesielt for dens avkom. På den annen side, i tilfeller der reparasjonsevner ikke er nok til å bevare den genetiske statusen til organismen, oppstår behovet for programmert celledød -apoptose..
SKJEMA FOR REPARASJON AV NUKLEOTIDEKSKJØRING E. COLIMED DELTAKELSE AV EXINUCLEASE
1. TRANSKRIPSJON UAVHENGIG MEKANISME
2. TRANSKRIPSJONSAVHENGIG MEKANISME
3. GENERELT AV REPARASJON
LEGENDE
A - proteinuvr EN
B - proteinuvr I
C - proteinuvr MED
liten svart trekant - skiltet indikerer plasseringen av skaden
REPARASJONSORDNING KNYTTET TIL DNA METYLERING
1. Migrerende genetiske elementer av bakterier. Transposoner. Bakteriofager som migrerende genetiske elementer.
2. Mutasjon. Mutasjoner i bakterier. Mutagener. Spontane mutasjoner. Ryggmutasjoner (reversjoner).
3. Induserte mutasjoner av bakterier. Kjemisk mutagenese. Strålingsmutagenese. Typer mutasjoner.
4. Bakteriell DNA-reparasjon. DNA-reparasjonssystemer. Kompensasjon for funksjonsnedsettelser som følge av mutasjoner. Intragen undertrykkelse. Ekstragen undertrykkelse.
5. Overføring av bakteriell DNA. Konjugering av bakterier. F-faktor for bakterier.
6. Transformasjon av bakterier. Stadier av bakteriell transformasjon. Kartlegging av bakterielle kromosomer.
7. Transduksjon. Uspesifikk transduksjon. Spesifikk transduksjon. Abortisert transduksjon. Fenomenet lysogeni.
8. Egenskaper til bakterier. Ikke-arvelige endringer i bakteriers egenskaper. S - kolonier. R - kolonier. M - kolonier. D - kolonier av bakterier.
Bakteriell DNA-reparasjon. DNA-reparasjonssystemer. Kompensasjon for funksjonsnedsettelser som følge av mutasjoner. Intragen undertrykkelse. Ekstragen undertrykkelse.
Det er mekanismer i cellen som helt eller delvis kan gjenopprette den opprinnelige strukturen til endret DNA. Mutasjoner forårsaket av stråling, kjemikalier og andre faktorer kan teoretisk sett føre til utryddelse av en bakteriepopulasjon dersom denne ble fratatt evnen til å DNA-reparasjon. Et sett med enzymer som katalyserer korrigeringen av DNA-skader kombineres til såkalte reparasjonssystemer, som er fundamentalt forskjellige i de biokjemiske mekanismene for "helbredende" skader. Det er tre hovedretninger for å korrigere DNA-defekter.
1. Direkte reversering fra skadet DNA til den opprinnelige strukturen når endringer i DNA korrigert ved hjelp av en enkelt enzymatisk reaksjon. For eksempel fjerning av en feil festet metylgruppe ved det sjette oksygenatomet til guanin ved bruk av metyltransferase; eller spaltning av tymindimeren som følge av bestråling med fotolyase ( rekombinasjonell reparasjon).
2. "Kutt ut" skade etterfulgt av restaurering av den opprinnelige strukturen (eksisjonsreparasjon).
3. Aktivering av spesielle mekanismer, som sikrer overlevelse i tilfelle skade DNA(restaurering av den opprinnelige strukturen DNA som et resultat av rekombinasjon; korrigering av feil baseparing; translasjonssyntese på en skadet matrise DNA). Disse mekanismene fører ikke alltid til fullstendig gjenoppretting av den opprinnelige DNA-strukturen.
Kompensasjon for funksjonsnedsettelser som følge av mutasjoner
Primær mutasjon kan kompenseres av en sekundær mutasjon som oppstår i det muterte genet (intragenisk) eller i et annet gen (ekstragent). Endringer som eliminerer manifestasjonene av en mutasjon uten å korrigere den opprinnelige lidelsen i DNA, kalt undertrykkelse.
Intragen undertrykkelse forårsaket av en sekundær mutasjon som korrigerer effektene av den primære mutasjonen. For eksempel kan en punktmutasjon som resulterer i syntese av et defekt protein med tapt biologisk aktivitet korrigeres dersom en sekundær punktmutasjon resulterer i koding av en aminosyre som beholder proteinets konfigurasjon og aktivitet. Den nøyaktige gjenopprettingen av den opprinnelige genstrukturen kalles en ekte revers mutasjon ( ekte tilbakevending). Hvis effekten av den første mutasjonen kompenseres av en mutasjon i en annen del av genet, kalles slike mutasjoner sekundære reversjoner.
Ekstragen undertrykkelse- undertrykkelse av manifestasjonen av en mutasjon som skjedde i ett gen på grunn av en mutasjon i det andre genet.
Reparasjoner
kaller et DNA-molekyls evne til å "korrigere" endringer som skjer i kjedene. Minst 20 proteiner er involvert i å gjenopprette den opprinnelige strukturen: gjenkjenne endrede deler av DNA og fjerne dem fra kjeden, gjenopprette riktig sekvens av nukleotider og sy det gjenopprettede fragmentet med resten av DNA-molekylet.
De oppførte egenskapene til den kjemiske strukturen og egenskapene til DNA bestemmer funksjonene den utfører. DNA registrerer, lagrer, reproduserer genetisk informasjon og deltar i prosessene for implementeringen mellom nye generasjoner av celler og organismer.
Ribonukleinsyrer - RNA -
representeres av molekyler av ulike størrelser, strukturer og funksjoner. Alle RNA-molekyler er kopier av visse deler av DNA-molekylet og er, i tillegg til forskjellene som allerede er nevnt, kortere enn det og består av en enkelt kjede. Mellom individuelle seksjoner av en RNA-kjede som er komplementære til hverandre, er baseparing (A med Y, G med C) og dannelse av spiralformede seksjoner mulig. Som et resultat får molekylene en spesifikk konformasjon.
Matrise, eller informasjon, RNA (mRNA, mRNA) syntetiseres i kjernen under kontroll av enzymet RNA-polymerase, komplementært til DNA-informasjonssekvenser, overfører denne informasjonen til ribosomer, hvor den blir en matrise for syntesen av et proteinmolekyl. Avhengig av mengden informasjon som kopieres, kan mRNA-molekylet ha forskjellig lengde og utgjør omtrent 5 % av alt cellulært RNA.
Ribospesifikt RNA (rRNA) syntetiseres hovedsakelig i nukleolus, i regionen til rRNA-gener, og er representert av molekyler med forskjellige molekylvekter som er en del av de store og små underenhetene til ribosomer. rRNA står for 85 % av det totale RNA i en celle.
Overførings-RNA (tRNA) utgjør omtrent 10 % av cellulært RNA. Det finnes mer enn 40 typer tRNA. Når genetisk informasjon implementeres, fester hvert tRNA en spesifikk aminosyre og transporterer den til stedet for polypentidsamling. I eukaryoter består tRNA av 70-90 nukleotider.
Cellestruktur
Typer mobilorganisasjon.
Blant alt mangfoldet av organismer som for tiden eksisterer på jorden, skilles to grupper ut: virus og fager, som ikke har en cellulær struktur; alle andre organismer er representert av ulike cellulære livsformer. Det er to typer mobilorganisasjon: prokaryot
Og eukaryote (
se fig.1 ).
Prokaryote celler har en relativt enkel struktur. De har ikke en morfologisk adskilt kjerne, det eneste kromosomet er dannet av sirkulært DNA og er lokalisert i cytoplasmaet; membranorganeller er fraværende (deres funksjon utføres av forskjellige invaginasjoner av plasmamembranen); cytoplasmaet inneholder mange små ribosomer; Det er ingen mikrotubuli, så cytoplasmaet er ubevegelig, og cilia og flagella har en spesiell struktur. Bakterier er klassifisert som prokaryoter.
De fleste moderne levende organismer tilhører ett av tre riker - planter, sopp eller dyr, forent i superriket av eukaryoter.
Avhengig av mengden av hvilke organismer er sammensatt, deles sistnevnte inn i encellede og flercellede. Encellede organismer består av én enkelt celle som utfører alle funksjoner. Mange av disse cellene er mye mer komplekse enn cellene til en flercellet organisme. Alle prokaryoter er encellede, i tillegg til protozoer, noen grønnalger og sopp.
Under påvirkning av alkyleringsmidler, for eksempel N-metyl-TG-nitrosourea eller N-metyl-nitrosoguanidin, dannes O 6-metyl- eller O 6-alkyl-substituerte guaninrester i DNA. Slike modifiserte guaninrester kan dealkyleres med deltakelse av enzymer som er tilstede i bakterie- og pattedyrceller. O 6 -metylguanin DNA alkyltransferase katalyserer overføringen av alkylgrupper til sulfhydrylgrupper av cysteinrester av enzymet, og akseptorproteinet inaktiveres. Innholdet av alkyltransferase i E. coli-celler øker i nærvær av O 6-alkylguanin, men lignende induserbarhet er ikke observert i pattedyrceller.
Når DNA blir bestrålt med ultrafiolett lys, danner det cyklobutandimerer mellom tilstøtende pyrimidinbaser. Slike forbindelser blokkerer DNA-replikasjon og må fjernes for å opprettholde cellenes levedyktighet. En måte å fjerne pyrimidindimerer på er å enzymatisk omdanne dem til monomerer ved å belyse løsningen med synlig lys i bølgelengdeområdet 300-600 nm. Slike fotoreaktiverende enzymer er tilstede i bakterier og lavere eukaryote organismer, men de finnes ikke i pattedyrceller. Enzymet danner et stabilt kompleks med pyrimidin-dimeren, og ved å bruke energien til lyset som absorberes av det, ødelegger det dimeren uten å bryte DNA-trådene.
b. Reparasjon ved utskifting av modifiserte rester
Å erstatte et modifisert nukleotid skjer vanligvis i fire trinn. For det første gjenkjenner enzymet dette nukleotidet og kutter polynukleotidkjeden nær det eller bryter glykosidbindingen mellom den modifiserte basen og deoksyribose. For det andre fjerner eksonukleasen det modifiserte nukleotidet og/eller tilstøtende nukleotider, og etterlater et lite gap. For det tredje syntetiseres den slettede regionen på nytt fra 3-OH-terminalen ved å bruke den motsatte tråden som en mal. For det fjerde blir endene av bruddet dannet som et resultat av reparasjon sammenføyd for å gjenopprette den kovalente integriteten til den reparerte tråden.
Steder der depurinering eller depyrimidinisering har skjedd, spaltes av enzymer kalt AP-endonukleaser. I pro- og eukaryanske celler er det mange forskjellige AP-endonukleaser, ofte flere forskjellige typer. Noen AP-endonukleaser kutter kjeden fra 3"-siden av AP-stedet, mens andre spalter diesterbindingen fra 3"-siden; i alle fall dannes 3"-hydroksyl- og 5"-fosforylender. Å bryte fosfodiesterbindingen på den ene eller den andre siden av forstyrrelsesstedet gjør at eksonukleasen kan fjerne tilstøtende rester på hver side av spaltningsstedet og deretter resyntetisere den slettede sekvensen.
Ved reparasjon av N-alkylerte puriner og andre modifiserte baser spilles en nøkkelrolle av spesifikke N-glykosylaser - enzymer som spalter glykosidbindingen mellom modifiserte baser og deoksyribose. N-glykosylaser brukes også til korrigering av lidelser som består av spontan deaminering av cytosin eller adenin og deres omdannelse til henholdsvis uracil eller hypoxantin. Enzymene uracilglykosylase og hypoxanthine glycosylase spalter henholdsvis uracil og hypoxanthin fra DNA, og etterlater hull på spaltningsstedet. Og igjen, ved å bruke spaltnings-resyntesemekanismen, gjenopprettes den opprinnelige sekvensen til den skadede kjeden.
Uracilglykosylase spiller også en svært viktig antimutagen rolle i å korrigere feil som oppstår når dUTP brukes i stedet for dTTP under replikering. Siden dUMP pares med malen nesten like godt som dTMP, gjenkjenner ikke Pol III den, og hvis dUMP ikke spesifikt er skåret ut, kan dGMP bli inkorporert i den nye strengen under den påfølgende replikasjonsrunden. G-glykosylase beskytter således cellene mot de mulige mutagene konsekvensene av inkludering av dUMP i DNA-kjeden.
Reparasjon av tymindimerer kan også skje i mørket på en av følgende to måter. I E. coli-celler syntetiseres tre polypeptider, kodet av uvrA-, uvrB- og uvrC-genene, som danner uvrLBC-endonuklease-enzymkomplekset. Dette enzymet kutter DNA-tråden som inneholder pyrimidin-dimeren i en avstand på åtte fosfodiesterbindinger på 5"-siden og fire eller fem bindinger på 3"-siden av pyrimidin-dimeren. Fjerning av den skadede regionen ser ut til å være katalysert av en helikase kodet av et annet gen, uvrD. Dette fjerner tymin-dimeren og omtrent 12 andre nukleotider som omgir den. Det resulterende gapet fylles ved hjelp av Pol I, og DNA-ligase fullfører reparasjonen ved å slå sammen to tilstøtende baser av kjeden. Noen organismer bruker en annen mekanisme for å reparere skader forårsaket av dannelsen av pyrimidin-dimerer. Reparasjon utføres med deltakelse av pyrimidin dimer-g-glykosylase, som skaper et apyrimidinsted. Den glykosidiske bindingen mellom en av tyminene og deoksyribosen kuttes slik at tymindimeren forblir i 5"-enden av den brutte kjeden, og 3"-OH-gruppen forblir på deoksyribosen. Den resulterende 3"-AP-enden spaltes av ved bruk av 3"-5" eksonukleaseaktiviteten til DNA-polymerase, og deretter, ved nick-translasjon og ligering, fjernes nukleotidet sammen med den tilstøtende tymin-dimeren, det resulterende gapet fylles og endene av kjeden sys.
V. Viktigheten av DNA-reparasjon
I evolusjonsprosessen har celler utviklet en kompleks mekanisme for å eliminere skade som oppstår i DNA under påvirkning av en lang rekke kjemiske og fysiske faktorer, så vel som på grunn av feil under replikering eller rekombinasjon. Og dette er ganske forståelig: de fleste skadene blokkerer overføringen av genetisk informasjon til neste generasjon, og resten, hvis den ikke elimineres, vil forbli i genomene til etterkommere og føre til dramatiske endringer i proteinmolekyler, inkludert enzymer som er nødvendige for å opprettholde cellens liv. Når visse deler av reparasjonssystemet er skadet, blir cellene spesielt sårbare for visse kjemiske og fysiske midler. For eksempel er E. coli-celler, som har et forstyrret system for å introdusere brudd i DNA under spaltningen av tymin-dimerer, svært følsomme for UV-lys. Celler som ikke er i stand til å utføre en eller annen N-glykosylase-reaksjon er mye mer utsatt enn normale celler for de mutagene eller dødelige effektene av alkyleringsmidler eller ioniserende stråling. Pol I-mangelfulle E. coli-celler har betydelig redusert overlevelse når de bestråles med lave doser UV-lys.
Den nedre eukaryoten Saccharomyces cerevisiae har minst fem gener som koder for proteiner som er involvert i introduksjonen av brudd i UV-bestrålt DNA. En forstyrrelse i bare ett av disse fem RAD-genene fører til at celler mister evnen til å introdusere DNA-brudd og derfor fjerne pyrimidin-dimerer. I gjær er det også mutanter med nedsatt evne til å fjerne tverrbindinger mellom kjeder, selv om eliminering av UV-indusert skade skjer normalt. Dette tyder på at gjær, i likhet med mennesker, har spesifikke, svært komplekse reparasjonsmekanismer for å fjerne tverrbindinger, og kanskje også for å korrigere mange andre kjemiske modifikasjoner i DNA.
Personer med xeroderma pigmentosum er svært følsomme for ultrafiolett lys og utvikler ulike former for hudkreft selv med svært liten eksponering for sollys. Cellene til slike mennesker bærer på en mutasjon som ligner på RAD-mutasjonen i gjær og viser seg ved at de har en svekket evne til å spalte pyrimidin-dimerer fra UV-bestrålt DNA. Sykdommen kan være forårsaket av en mutasjon i ett av minst ni gener, noe som antyder en ganske kompleks mekanisme for å reparere DNA som inneholder tymin-dimerer hos mennesker. Som regel er sykdommen forbundet med manglende evne til å frigjøre tymindimerer. Hvis et enzym med tymindimerglykosylase og AP-endonukleaseaktiviteter tilsettes til bestrålte celler i kultur, kan UV-skade elimineres.
par av andre. Disse endringene følger faktisk med hver syklus av DNA-replikasjon, men frekvensen deres er mye lavere enn den burde være. Dette forklares med det faktum at de fleste endringer av denne typen elimineres på grunn av virkningen av reparasjonsmekanismen (molekylær restaurering) av den opprinnelige DNA-nukleotidsekvensen.
Reparasjonsmekanismen er basert på tilstedeværelsen av to komplementære kjeder i DNA-molekylet. Forvrengning av nukleotidsekvensen i en av dem påvises av spesifikke enzymer. Deretter fjernes den tilsvarende seksjonen og erstattes av en ny, syntetisert på den andre komplementære DNA-strengen. Denne typen reparasjoner kalles eksisjonsreparasjon, dvs. med "skjæring" (fig. 3.15). Det utføres før neste replikasjonssyklus, og det er derfor det også kalles
pre-replikativ.
Ris. 3.14. Skjema for korreksjonsprosessen under DNA-syntese: I - inkludering i DNA-kjeden til et nukleotid med en endret (tautomer) form av cytoein, som "ulovlig" parer seg med adenin; II - rask overgang
cytosin i sin normale form forstyrrer sammenkoblingen med adenin; den uparrede 3"-OH-enden av den syntetiserte kjeden forhindrer dens ytterligere forlengelse under påvirkning av DNA-polymerase; III - DNA-polymerase fjerner det ulovlige nukleotidet, som et resultat av at 3"-OH-enden paret med matrisen dukker opp igjen; IV - DNA-polymerase fortsetter kjedeforlengelse ved 3"-OH-enden
Å gjenopprette den opprinnelige DNA-strukturen krever deltakelse av en rekke enzymer. Et viktig poeng for å utløse reparasjonsmekanismen er påvisningen av en feil i DNA-strukturen. Ofte oppstår slike feil i den nylig syntetiserte kjeden under replikeringsprosessen. Reparasjonsenzymer må oppdage denne spesielle kjeden. Hos mange arter av levende organismer skiller den nylig syntetiserte DNA-strengen seg fra mors i graden av metylering av dens nitrogenholdige baser, som henger etter syntesen. I dette tilfellet gjennomgår den umetylerte kjeden reparasjon. DNA-trådbrudd kan også gjenkjennes av reparasjonsenzymer. I høyere organismer, hvor DNA-syntese ikke skjer kontinuerlig, men i separate replikoner, har den nysyntetiserte DNA-strengen brudd, som gjør det mulig å gjenkjenne den.
Å gjenopprette DNA-strukturen når purinbasene til en av kjedene går tapt innebærer å oppdage defekten ved å bruke enzymet endonuklease, som bryter fosfoesterbindingen på skadestedet på kjeden. Deretter fjernes den endrede seksjonen med flere tilstøtende nukleotider av enzymet eksonuklease, og i stedet dannes den korrekte nukleotidsekvensen i samsvar med rekkefølgen på basene til den komplementære kjeden (fig. 3.15).
Ris. 3.15. Skjema for utskjæring, pre-replikativ DNA-reparasjon Når en av basene i DNA-kjeden endres i restaureringen av den opprinnelige
strukturer, deltar omtrent 20 DNA-glykosylase-enzymer. De gjenkjenner spesifikt skader forårsaket av deaminering, alkylering og andre strukturelle transformasjoner av baser. Slike modifiserte baser fjernes. Områder uten baser vises og repareres, som med tap av puriner. Hvis den normale strukturen ikke gjenopprettes, for eksempel ved deaminering av nitrogenholdige baser, erstattes noen par komplementære baser med andre - C-G-paret kan erstattes med et T-A-par osv. (se avsnitt 3.4.2.3).
Dannelsen av tymin-dimerer (T-T) i polynukleotidkjeder under påvirkning av UV-stråler krever deltakelse av enzymer som gjenkjenner ikke individuelle endrede baser, men mer omfattende skade på DNA-strukturen. Reparasjonsprosessen i dette tilfellet er også assosiert med fjerning av regionen som bærer dimeren og restaurering av den normale nukleotidsekvensen ved syntese på den komplementære DNA-strengen.
I tilfellet når eksisjonsreparasjonssystemet ikke korrigerer en endring som har skjedd i en DNA-streng, skjer fiksering under replikasjon
denne endringen og den blir egenskapen til begge DNA-trådene. Dette fører til utskifting av ett par komplementære nukleotider med et annet eller til opptreden av brudd (hull) i den nylig syntetiserte kjeden mot de endrede seksjonene. Gjenoppretting av normal DNA-struktur kan også skje etter replikasjon.
Post-replikativ reparasjon utføres ved rekombinasjon (utveksling av fragmenter) mellom to nydannede doble helixer av DNA. Et eksempel på slik postreplikativ reparasjon er gjenoppretting av normal DNA-struktur når tymin-dimerer (T-T) oppstår når de ikke elimineres spontant under påvirkning av synlig lys ( lett reparasjon) eller under pre-replikativ eksisjonsreparasjon.
Kovalente bindinger som oppstår mellom tilstøtende tyminrester gjør dem ute av stand til å binde seg til komplementære nukleotider. Som et resultat oppstår brudd (hull) i den nylig syntetiserte DNA-kjeden, gjenkjent av reparasjonsenzymer. Gjenoppretting av integriteten til den nye polynukleotidkjeden til en av datter-DNA-ene utføres på grunn av rekombinasjon med den tilsvarende normale foreldrekjeden til en annen datter-DNA. Spalten som dannes i moderkjeden fylles deretter ved syntese på en polynukleotidkjede som er komplementær til den (fig. 3.16). En manifestasjon av slik postreplikativ reparasjon, utført ved rekombinasjon mellom kjedene til to datter-DNA-molekyler, kan betraktes som den ofte observerte utvekslingen av materiale mellom søsterkromatider (fig. 3.17).
Ris. 3.16. Skjema for post-replikativ DNA-reparasjon: I - utseendet til en tymin-dimer i en av DNA-kjedene;
II - dannelse av et "gap" i den nylig syntetiserte kjeden mot den endrede delen av modermolekylet etter replikasjon (pilen viser den påfølgende fyllingen av "gapet" med en seksjon fra den tilsvarende kjeden til det andre datter-DNA-molekylet);
III - restaurering av integriteten til datterkjeden til det øvre molekylet på grunn av rekombinasjon og i det nedre molekylet på grunn av syntese på den komplementære kjeden
Ris. 3.17. Interchromatid-utvekslinger (angitt med piler)
Under pre-replikativ og postreplikativ reparasjon gjenopprettes mesteparten av skaden på DNA-strukturen. Men hvis det oppstår for mye skade i arvematerialet i cellen og noe av det ikke elimineres, aktiveres systemet med induserbare (stimulerte) reparasjonsenzymer (SOS-systemet). Disse enzymene fyller hullene, og gjenoppretter integriteten til de syntetiserte polynukleotidkjedene uten å strengt observere komplementaritetsprinsippet. Det er derfor noen ganger selve reparasjonsprosessene kan tjene som en kilde til permanente endringer i DNA-strukturen (mutasjoner). Denne reaksjonen gjelder også for SOS-systemet.
Hvis i en celle, til tross for utført reparasjon, mengden skade på DNA-strukturen forblir høy, blokkeres DNA-replikasjonsprosesser i den. En slik celle deler seg ikke, noe som betyr at den ikke overfører de resulterende endringene til avkommet.
Cellesyklusstans forårsaket av DNA-skade, kombinert med umuligheten av molekylær reparasjon av endret arvemateriale, kan, med deltakelse av et protein hvis syntese er kontrollert av p53-genet, føre til aktivering av selvdestruksjonsprosessen (apoptose). ) av den defekte cellen for å eliminere den fra kroppen.
Et omfattende sett med forskjellige reparasjonsenzymer "inspiserer" kontinuerlig DNAet, fjerner skadede områder fra det og bidrar til å opprettholde stabiliteten til arvematerialet. Den kombinerte virkningen av replikasjonsenzymer (DNA-polymerase og editerende endonuklease) og reparasjonsenzymer sikrer en ganske lav frekvens av feil i DNA-molekyler, som opprettholdes på et nivå på 1 × 10-9 par endrede nukleotider per genom. Gitt den menneskelige genomstørrelsen på 3 × 109 nukleotidpar, betyr dette omtrent 3 feil per replikerende genom. Samtidig er selv dette nivået tilstrekkelig for dannelsen av betydelig genetisk mangfold i form av genmutasjoner under eksistensen av liv på jorden.
3.4.2.3. Endringer i DNA-nukleotidsekvenser. Genmutasjoner
Ukorrigerte endringer i den kjemiske strukturen til gener, reprodusert i påfølgende replikasjonssykluser og manifestert i avkommet i form av nye varianter av egenskaper, kalles genmutasjoner.
Endringer i strukturen til DNA som danner et gen kan deles inn i tre grupper. Mutasjoner av den første gruppen består i å erstatte noen baser med andre. De står for omtrent 20 % av spontant forekommende genforandringer. Den andre gruppen av mutasjoner er forårsaket av et skifte i leserammen som oppstår når antallet nukleotidpar i genet endres. Til slutt er den tredje gruppen representert av mutasjoner assosiert med en endring i rekkefølgen av nukleotidsekvenser i et gen (inversjon).
Mutasjoner etter type erstatning av nitrogenholdige baser. Disse mutasjonene oppstår av en rekke spesifikke årsaker. En av dem kan være en endring i strukturen til en base som allerede er inkludert i DNA-helixen som oppstår ved et uhell eller under påvirkning av spesifikke kjemiske midler. Hvis en slik endret form av basen forblir uoppdaget av reparasjonsenzymer, kan den under neste replikasjonssyklus feste et annet nukleotid til seg selv. Et eksempel er deaminering av cytosin, som omdannes til uracil spontant eller under påvirkning av salpetersyre (fig. 3.18). Den resulterende uracil, ikke lagt merke til av enzymetDNA glykosylase,under replikering binder det seg til adenin, som deretter fester et tymidylnukleotid. Som et resultat, et par C-G erstattes i DNA med et par T-A (fig. 3.19, I ). Deaminering av metylert cytosin omdanner det til tymin (se figur 3.18). Tymidylnukleotid, som er en naturlig komponent av DNA, blir ikke oppdaget av reparasjonsenzymer som en endring, og under neste replikasjon fester det et adenylnukleotid. Som et resultat, i stedet for et par C-G et par vises også i DNA-molekylet T-A (fig. 3.19, II).
Ris. 3.18. Spontan deaminering av cytosin
En annen grunn for basesubstitusjon kan være den feilaktige inkluderingen i den syntetiserte DNA-kjeden av et nukleotid som bærer en kjemisk endret form av basen eller dens analog. Hvis denne feilen forblir uoppdaget av replikasjons- og reparasjonsenzymer, inkluderes den endrede basen i replikasjonsprosessen, som ofte fører til at ett par erstattes med et annet. Et eksempel på dette er tilsetning av et nukleotid med 5-bromoracil (5-BU), lik tymidylnukleotid, til adeninet i moderkjeden under replikasjon. Under påfølgende replikering fester 5-BU lettere guanin enn adenin. Guanin danner under ytterligere duplisering et komplementært par med cytosin. Som et resultat blir A-T-paret erstattet i DNA-molekylet med et G-C-par (fig. 3.20).
Ris. 3. 19. Mutasjoner etter type basesubstitusjon (deaminering av nitrogenholdige baser i DNA-kjeden):
I - konvertering av cytosin til uracil, erstatning av C-G-paret med et T-A-par;
II - konvertering av metylcytosin til tymin, erstatning av C-G-paret med et T-A-par
Fra eksemplene ovenfor er det klart at endringer i strukturen til DNA-molekylet, slik som baseerstatning, skjer enten før eller under replikasjonsprosessen, først i én polynukleotidkjede. Hvis slike endringer ikke korrigeres under reparasjon, blir de under påfølgende replikering eiendommen til begge DNA-trådene.
Ris. 3.20. Basesubstitusjonsmutasjoner
(inkorporering av en nitrogenholdig baseanalog under DNA-replikasjon)
Konsekvensen av å erstatte ett par komplementære nukleotider med et annet er dannelsen av en ny triplett i DNA-nukleotidsekvensen som koder for sekvensen av aminosyrer i peptidkjeden. Dette påvirker kanskje ikke strukturen til peptidet hvis den nye tripletten er "synonym" med den forrige, dvs. vil kode for samme aminosyre. For eksempel er aminosyren valin kryptert med fire tripletter: CAA, CAG, CAT, CAC. Å erstatte den tredje basen i noen av disse trillingene vil ikke endre betydningen (degenerasjon av den genetiske koden).
I I tilfellet når den nylig oppståtte tripletten krypterer en annen aminosyre, endres strukturen til peptidkjeden og egenskapene til det tilsvarende proteinet. Avhengig av arten og plasseringen av erstatningen som skjer, endres de spesifikke egenskapene til proteinet i varierende grad. Det er tilfeller der erstatning av bare en aminosyre i et peptid påvirker proteinets egenskaper betydelig, noe som manifesterer seg i endringer i mer komplekse egenskaper. Et eksempel er endringen i egenskapene til humant hemoglobin når sigdcelleanemi (fig. 3.21). I slikt hemoglobin (HbS) (i motsetning til vanlig HbA) - i p-globinkjedene i sjette posisjon, erstattes glutaminsyre med valin. Dette er en konsekvens av erstatningen av en av basene i tripletten som koder for glutaminsyre (CTT eller TTC). Resultatet er en triplett som krypterer valin (CAT eller TsAT). I dette tilfellet endrer utskifting av en aminosyre i peptidet egenskapene til globin, som er en del av hemoglobin (dets evne til å binde seg til O2 reduseres), og personen utvikler tegn på sigdcelleanemi.
I I noen tilfeller kan det å erstatte en base med en annen føre til utseendet til en av nonsens-tripletter (ATT, ATC, ACT), som ikke krypterer noen aminosyre. Konsekvensen av en slik erstatning vil være avbrudd i syntesen av peptidkjeden. Det anslås at nukleotidsubstitusjoner i en triplett fører til dannelse av synonyme tripletter i 25 % av tilfellene; i 2-3 - meningsløse trillinger, i 70-75% - forekomsten av sanne genmutasjoner.
Dermed kan basesubstitusjonsmutasjoner oppstå enten som et resultat av spontane endringer i basestrukturen i en av trådene til en eksisterende DNA-dobbelhelix, eller under replikasjon i en nylig syntetisert tråd. Hvis disse endringene ikke korrigeres under reparasjonsprosessen (eller omvendt oppstår under reparasjon), blir de fikset i begge kjeder og vil deretter bli reprodusert i påfølgende replikasjonssykluser. Derfor er en viktig kilde til slike mutasjoner forstyrrelse av replikasjons- og reparasjonsprosessene.
Rammeskiftmutasjoner. Denne typen mutasjoner står for en betydelig andel spontane mutasjoner. De oppstår som et resultat av tap eller innsetting av ett eller flere par komplementære nukleotider i DNA-nukleotidsekvensen. De fleste av de studerte mutasjonene som forårsaker