31. Skader og DNA-reparasjon. Typer skader. Metoder for reparasjon. Defekter i reparasjonssystemer og arvelige sykdommer.
Prosessen som lar levende organismer reparere skader som oppstår i DNA kalles reparasjon. Alle reparasjonsmekanismer er basert på at DNA er et dobbelttrådet molekyl, dvs. det er 2 kopier av genetisk informasjon i en celle. Hvis nukleotidsekvensen til en av de to kjedene viser seg å være skadet (endret), kan informasjonen gjenopprettes, siden den andre (komplementære) kjeden er bevart.
Reparasjonsprosessen skjer i flere stadier. I det første trinnet oppdages et brudd på komplementariteten til DNA-kjeder. I løpet av det andre trinnet elimineres det ikke-komplementære nukleotidet eller bare basen; i det tredje og fjerde trinnet gjenopprettes integriteten til kjeden i henhold til komplementaritetsprinsippet. Men, avhengig av typen skade, kan antall trinn og enzymer som er involvert i reparasjonen variere.
Svært sjelden oppstår det skader som påvirker begge DNA-strengene, dvs. brudd på strukturen til nukleotider i et komplementært par. Slik skade repareres ikke i kjønnsceller, siden kompleks reparasjon som involverer homolog rekombinasjon krever tilstedeværelse av et diploid sett med kromosomer.
A. Spontan skade
Brudd på komplementaritet av DNA-kjeder kan oppstå spontant, dvs. uten deltakelse av noen skadelige faktorer, for eksempel som følge av replikasjonsfeil, nukleotiddeaminering, depurinering.
Replikeringsfeil
Nøyaktigheten av DNA-replikasjon er svært høy, men omtrent en gang per 10 5 - 10 6 nukleotidrester oppstår paringsfeil, og i stedet for A-T, G-C nukleotidparet blir nukleotider som ikke er komplementære til nukleotidene i malkjeden. inkludert i datter-DNA-kjeden. Imidlertid er DNA-polymeraser δ, ε i stand til, etter å ha festet neste nukleotid til den voksende DNA-kjeden, å ta et skritt tilbake (i retningen fra 3" til 5" enden) og kutte ut det siste nukleotidet hvis det ikke er -komplementær til nukleotidet i templat-DNA-kjeden. Denne prosessen med å korrigere sammenkoblingsfeil (eller korrigering) fungerer noen ganger ikke, og da forblir ikke-komplementære par i DNA ved slutten av replikasjonen, spesielt siden DNA-polymerase mangler en korreksjonsmekanisme og "gjør feil" oftere enn andre polymeraser .
Når feil paring oppstår, vises ingen uvanlige baser i den primære strukturen til datter-DNA-strengen; bare komplementariteten blir forstyrret. Systemet for å reparere ikke-komplementære par bør bare forekomme på datterstrengen og erstatte ikke-komplementære baser bare i den. Enzymer involvert i fjerning av feil nukleotidpar gjenkjenner malstrengen ved tilstedeværelse av metylerte adeninrester i sekvensene -GATC-. Mens basene til nukleotidrester i datterkjeden er umetylerte, må enzymer ha tid til å oppdage replikasjonsfeilen og eliminere den.
Gjenkjennelse og fjerning (det første stadiet) av et ikke-komplementært nukleotid skjer med deltakelse av spesielle proteiner mut S, mut L, mut H. Hvert protein utfører sin egen spesifikke funksjon. Mut S finner det ukorrekte paret og binder seg til det fragmentet. Mut H fester seg til det metylerte (ved adenin) stedet -GATC-, lokalisert nær det ikke-komplementære paret. Koblingen mellom mut S og mut H er mut L-proteinet; tillegget fullfører dannelsen av det aktive enzymet. Dannelsen av mut S, mut L, mut H-komplekset på stedet som inneholder feilen, bidrar til manifestasjonen av endonukleaseaktivitet i mut H-proteinet. Det enzymatiske komplekset hydrolyserer fosfoesterbindingen i den umetylerte kjeden.
En eksonuklease er festet til de frie endene av kjeden (andre trinn). Ved å spalte ett nukleotid om gangen fra 3" til 5" enden av datterkjeden, eliminerer den regionen som inneholder det ikke-komplementære paret. Gapet fylles av DNA-polymerase β (tredje trinn), forbindelsen mellom hoved- og nysyntetiserte seksjoner av kjeden katalyseres av enzymet DNA-ligase (fjerde trinn). For vellykket funksjon av eksonuklease, DNA-polymerase p og DNA-ligase, er deltagelse av helicase og SSB-proteiner nødvendig i reparasjonen.
Depurinisering (apurinisering)
DNAet til hver menneskecelle mister omtrent 5000 purinrester per dag på grunn av brudd på N-glykosidbindingen mellom purin og deoksyribose.
Så i DNA-molekylet, i stedet for disse basene, dannes en region blottet for nitrogenholdige baser, kalt AP-stedet (AP-stedet, eller apurinstedet). Begrepet "AP-sete" brukes også i tilfeller der pyrimidinbaser fjernes fra DNA og apyrimidin-seter dannes. apurin-apyrimidinisk sted).
Denne typen skade repareres av et enzym DNA-innsetting(fra engelsk, sett inn- insert), som kan legge til en base til deoksyribose i samsvar med komplementaritetsregelen. I dette tilfellet er det ikke nødvendig å kutte DNA-tråden, klippe ut feil nukleotid og reparere bruddet.
Deaminering
Reaksjonene ved cytosin-deaminering og dens omdannelse til uracil, adenin til hypoxantin og guanin til xantin forekommer mye sjeldnere enn depurinering, og utgjør 10 reaksjoner per genom per dag.
Korrigering av denne typen spontane skader skjer i 5 trinn (fig. 4-24). Deltar i oppreisning DNA-N-glykosylase, hydrolyserer bindingen mellom den unormale basen og deoksyribose (første trinn), noe som resulterer i dannelsen av et AP-sted som gjenkjenner enzymet AP endonuklease(andre fase). Så snart det oppstår et brudd i DNA-kjeden, trer et annet enzym inn - AP-eksonuklease, som spalter deoksyribose uten base fra kjeden (tredje stadium). Et gap på ett nukleotid vises i DNA-kjeden. Det neste enzymet, DNA-polymerase b, fester et nukleotid til 3"-enden av den ødelagte kjeden i henhold til komplementaritetsprinsippet (fjerde trinn). For å koble sammen de to frie endene (3"-enden av det innebygde nukleotidet og 5" slutten av hovedkjeden), kreves et annet enzym - DNA-ligase (femte trinn).
Deaminering av metylert cytosin er uopprettelig og derfor farlig. Produktet av dens spontane deaminering er tymin,
B. Induserbar skade
Induserbar skade oppstår i DNA som et resultat av påvirkning av ulike mutagene faktorer av både stråling og kjemisk natur.
Dannelse av dimerer av pyrimidinbaser
Under påvirkning av ultrafiolett stråling kan dobbeltbindingen mellom C 5 og C 6 karbonatomene i sammensetningen av pyrimidinbaser (tymin og cytosin) brytes. Karbonatomene forblir forbundet med en enkeltbinding. Avstanden mellom de parallelle planene til basene i polynukleotidkjeden der bruddet skjedde er omtrent 3,4. Denne avstanden gjør at de frigjorte valensene mellom C-C-atomene til pyrimidinbaser lokalisert sekvensielt i DNA-kjeden danner en cyklobutanring. Avhengig av hvilke baser som er kombinert til en dimer, kalles de tymin-dimerer, cytosin-dimerer eller tymin-cytosindimerer.
Fjerning av pyrimidin-dimerer skjer under påvirkning av fotolyaser Enzymet spalter nydannede bindinger mellom tilstøtende pyrimidinbaser og gjenoppretter den native strukturen. Fotolyase har et område som enten selv absorberer fotoner (i den blå delen av spekteret) eller binder seg til kofaktorer som adsorberer lys. Dermed aktiverer lys fotolyase, som gjenkjenner dimerer i bestrålt DNA, fester seg til dem og bryter bindingene som dannes mellom pyrimidinringene. Enzymet separeres deretter fra DNA.
Skade på DNA-baser av kjemiske mutagener
Nitrogenholdige baser i DNA kan gjennomgå en rekke skader: alkylering, oksidasjon, reduksjon eller binding av basen til formamidgrupper. Reparasjon begynner med binding av DNA N-glykosylase til den skadede basen. Det er mange DNA M-glykosylaser spesifikke for forskjellige modifiserte baser. Enzymer hydrolytisk spalter N-glykosidbindingen mellom den modifiserte basen og deoksyribose, dette fører til dannelsen av et AP-sted i DNA-kjeden (første trinn). Reparasjon av AP-stedet kan skje enten bare med deltakelse av DNA-insertase, som legger en base til deoksyribose i samsvar med komplementaritetsregelen, eller med deltakelse av hele komplekset av enzymer som er involvert i reparasjon: AP-endonuklease, AP-eksonuklease, DNA polymerase β og DNA-ligaser.
B. Defekter ved reparasjonssystemer og arvelige sykdommer
Reparasjon er nødvendig for å opprettholde den opprinnelige strukturen til det genetiske materialet gjennom hele organismens liv. En reduksjon i aktiviteten til enzymer i reparasjonssystemer fører til akkumulering av skade (mutasjoner) i DNA.
Årsaken til mange arvelige menneskelige sykdommer er et brudd på individuelle stadier av oppreisningsprosessen.
Xeroderma pigmentosum
Hos pasienter reduseres aktiviteten til enzymer som er ansvarlige for fjerning av feil baser, "oppbygging" av gapet og andre funksjoner i reparasjonssystemet. En defekt i reparasjonssystemet viser seg i overfølsomhet for UV-lys, noe som fører til at det oppstår røde flekker på huden, som blir til ikke-helende skorper og ofte til hudkreft.
Trikotiodystrofi
Sykdommen er assosiert med økt fotosensitivitet av DNA, forårsaket av en reduksjon i aktiviteten til enzymet involvert i fjerning av tymin-dimerer. Symptomer på sykdommen: hårskjørhet på grunn av mangel på svovel i proteinene i håret og hårsekkene; ofte mental og fysisk retardasjon; abnormiteter i hud og tenner.
| " |
DNA-reparasjon- dette er dens reparasjon, det vil si korrigering av feil som oppstår i strukturen til molekylet. Ordet "reparasjon" kommer fra det engelske "reparasjon", oversatt som "reparasjon", "reparasjon", etc.
Feil i DNA-strukturen som oftest kan repareres betyr brudd på sekvensen av nukleotider - de strukturelle enhetene som utgjør hver DNA-streng. DNA-molekylet består av to tråder, komplementære til hverandre. Dette betyr at hvis det oppstår skade i en av kretsene, er det mulig å gjenopprette den skadede delen av den første ved å bruke den andre uskadede kretsen. I tillegg, i eukaryote celler, er hvert kromosom homologt, det vil si inneholder samme sett med gener (men ikke alleler). I ekstreme tilfeller, når en seksjon på begge trådene av molekylet er skadet, kan den kopieres fra det homologe kromosomet. Også etter S-fasen av cellesyklusen, når replikasjon (selvkopiering) har skjedd, består hvert kromosom av to dobbelttrådet kromatider som er identiske med hverandre, dvs. i hovedsak to identiske DNA-molekyler. Dette kan også brukes til å gjenopprette den opprinnelige strukturen til et skadet molekyl.
I løpet av evolusjonen har mange forskjellige cellulære molekylære mekanismer som er ansvarlige for DNA-reparasjon dukket opp. Dette er hovedsakelig forskjellige enzymer og deres komplekser. Noen av dem er også involvert i replikering. Skader på genene som koder for slike enzymer er spesielt farlig. Dette fører til tap av en eller annen reparasjonsmekanisme. I dette tilfellet oppstår raskere akkumulering av skader og mutasjoner i celler. Dette forårsaker ofte utseendet av ukontrollert delende celler, dvs. utseendet av svulster.
På den annen side, hvis DNA-skaden er spesielt alvorlig, aktiveres selvdestruksjonsmekanismen i cellene ( apoptose). Dermed får ikke slike celler dele seg, noe som betyr at neste generasjon ikke vil inneholde betydelig DNA-skade.
Feil i strukturen til DNA kan oppstå på forskjellige stadier av dets eksistens (under syntese, i pre- og postsynteseperioder), av forskjellige årsaker (tilfeldigvis under påvirkning av kjemisk aktive stoffer, stråling, etc.). Endringer kan også være forskjellige (tap av en kjemisk gruppe av et nukleotid eller tillegg av en ekstra, erstatning av et nukleotid med et annet, etablering av en kjemisk binding mellom to nabonukleotider, kjedebrudd, tap av en seksjon, etc.) . På grunn av et slikt mangfold er det vanskelig å klassifisere reparasjonsmekanismer. De er ofte delt inn i de som oppstår under replikasjon, umiddelbart etter replikasjon og under resten av cellens livssyklus. De mest studerte årsakene til endringer i DNA-struktur og reparasjonsmetoder er listet opp nedenfor.
Man bør huske på at ikke alle feil blir rettet; relativt små og ikke-kritiske feil kan overføres til neste generasjon av celler og organismer. De kan ikke kalles skade, men snarere mutasjoner. De fleste mutasjoner er skadelige, men de som er nøytrale eller fordelaktige under gitte miljøforhold gir materiale for evolusjon. Dermed har ufullkommenheten av DNA-reparasjonsmekanismer sikret mangfoldet av liv på planeten vår.
Korrigering av nukleotidsekvensen under replikasjon
DNA-polymeraser gjør hoveddelen av arbeidet med DNA-replikasjon, og legger til nukleotid for nukleotid til en ny tråd. I tillegg til hovedfunksjonen er mange polymeraser i stand til å fjerne det siste nukleotidet som er feil festet, det vil si en som ikke er komplementær til nukleotidet i malkjeden.
Den kjemiske strukturen til nukleotidene kan endres litt. Samtidig begynner de å koble seg til hydrogenbindinger, ikke med komplementære partnere. For eksempel må cytosin binde seg til guanin. Men dens endrede form gjør hydrogenbindinger med adenin, som tymin burde vært bundet til.
Når en ny DNA-streng syntetiseres, blir neste nukleotid først bundet med hydrogenbindinger til den komplementære basen til malen. Polymerasen binder den deretter til enden av den voksende kjeden med en kovalent binding.
Imidlertid, hvis det var et modifisert nukleotid som på feil måte bandt seg til den komplementære basen til moderstrengen, går det vanligvis raskt tilbake til sin opprinnelige form og blir ikke-komplementært. Hydrogenbindingene brytes, og etterlater enden av den nye tråden med et fritthengende nukleotid kovalent bundet til tråden som syntetiseres.
I dette tilfellet kan ikke DNA-polymerase feste det neste nukleotidet, og det har ikke noe annet valg enn å fjerne dette feilaktige nukleotidet.
Hvis hydrogenbindingene ikke brytes, vil kjeden fortsette å vokse utover det feilaktige nukleotidet, og punktmutasjonen vil vedvare. Det kan elimineres etter replikering.
Reparer umiddelbart etter replikering
Etter at en ny DNA-streng har blitt syntetisert, gjenkjenner visse enzymkomplekser de feilparede basene. I dette tilfellet er det et problem med å bestemme de nye og gamle kjedene til DNA-molekylet. Den nye utmerker seg ved fravær av metylerte baser og, i eukaryoter, ved tilstedeværelsen av midlertidige pauser. Basert på disse egenskapene identifiserer enzymkomplekser den nylig syntetiserte kjeden. Således, i ikke-komplementære basepar, er "feilen" nukleotidet til den nye kjeden.
Når feilen er funnet, kutter andre enzymer ut hele delen av DNA som inneholder den feil basen, i stedet for bare ett nukleotid. Etter dette gjenoppbygger polymerasen denne seksjonen, og ligasen tverrbinder den med resten av kjeden. Denne mekanismen, når et stykke DNA kuttes ut og syntetiseres på nytt, kalles eksisjonsreparasjon(fra ordet eksisjon - kutting, kutting), det er ganske universelt og brukes i mange tilfeller av reparasjon, og ikke bare når du "sjekker" DNA umiddelbart etter replikering.
Reparasjonsmekanismer for DNA-skader
En organismes DNA kan endres ikke bare på grunn av feil under replikering. Cellen lever, er utsatt for ugunstige ytre faktorer, dens indre biokjemiske miljø kan endres, og provosere reaksjoner som er skadelige for DNA. Som et resultat blir arvematerialet skadet på en eller annen måte. Avhengig av type skade og dens omfang, aktiveres ulike reparasjonsmekanismer, som involverer litt forskjellige sett med enzymatiske komplekser.
1. Det finnes enzymer som reverserer nukleotidendringer in situ uten å fjerne deler av DNA. Med andre ord, hvis det var et nukleotid i kjeden som inneholder basen guanin (G), som som et resultat av en kjemisk reaksjon festet en metylgruppe og ble til metylguanin, så vil enzymet konvertere det tilbake til guanin. I utgangspunktet dreier slik DNA-reparasjon tilknytning og løsgjøring av visse grupper av atomer.
2. Ved tap av purinbaser kan eksisjonsreparasjon forekomme. I tilfelle av deaminering og noen andre strukturelle endringer av baser, fjerner glykosylaseenzymer bare den skadede nukleotidbasen. Og først etter dette fortsetter standard eksisjonsreparasjon.
3. En seksjon kuttes også ut under dannelsen av dimerer, når to nabonukleotider er koblet til hverandre. Vanligvis oppstår slike reaksjoner som et resultat av eksponering for ultrafiolette stråler. Dannelsen av en dimer provoserer divergensen av komplementære DNA-tråder i dette og nærliggende områder. Det dannes en boble som gjenkjennes av enzymer. Deretter starter eksisjonsreparasjon.
4. Det er så alvorlig skade på DNA-molekyler når strukturen til begge kjedene er forstyrret på samme sted. I dette tilfellet, i henhold til komplementaritetsprinsippet, er det ikke lenger mulig å gjenopprette en kjede fra en annen. Et eksempel på slik skade er brudd av et DNA-molekyl i to deler, for eksempel på grunn av eksponering for sterk radioaktiv stråling.
Hvis begge trådene til et DNA-molekyl er skadet, kan rekombinativ reparasjon komme til unnsetning når en seksjon fra et homologt kromosom eller søsterkromatid settes inn i stedet for den skadede seksjonen. Ved brudd er det også enzymer som kan feste den ødelagte DNA-biten igjen. Noen nukleotider kan imidlertid gå tapt, noe som igjen kan føre til alvorlige mutasjoner.
Rekombinativ reparasjon i den presyntetiske perioden av cellesyklusen kan bare forekomme mellom homologe kromosomer, siden hvert kromosom i denne perioden består av kun ett kromatid. I løpet av den postsyntetiske perioden, når kromosomer består av to identiske kromatider, kan en region lånes fra et søsterkromatid.
Det bør understrekes at søsterkromatider har et i utgangspunktet identisk sett med alleler (hvis det ikke var noen kryssing). Homologe kromosomer gjør det ikke. Dermed oppstår ekte rekombinasjon fra et genetisk synspunkt bare i tilfelle av utveksling mellom homologe kromosomer. Selv om vi her i begge tilfeller snakker om rekombinasjon.
La oss vurdere dette eksemplet. Anta at det oppsto en tymin-dimer i DNA, som ikke ble reparert før replikering. Under replikasjonsprosessen divergerer trådene til det opprinnelige DNA-molekylet og en ny komplementær tråd bygges på hver enkelt. På malkjeden som inneholder tymindimeren, kan ikke en del av en ny kjede bygges i denne regionen. Det er rett og slett ikke noe normalt mønster på dette tidspunktet. Et gap vises i dattertråden, men dimeren forblir i modertråden. Det vil si at dette DNA-molekylet "ikke vet" hva den riktige nukleotidsekvensen i regionen er.
Den eneste utveien i dette tilfellet er å låne et stykke DNA fra en annen kromatid. Han blir båret fra en av lenkene hennes. Spalten som dannes her bygges opp i henhold til malen til den komplementære kjeden. Det overførte stedet på det skadede molekylet fyller gapet i datterkjeden; moderkjeden vil fortsette å inneholde en dimer, som kan repareres senere.
Celler har ulike «reparasjonsteam» som overvåker sikkerheten til informasjonen som er lagret på DNA. Slike cellulære systemer som korrigerer DNA-skader kalles reparasjonssystemer.
I bakterien Escherichia coli er det nå kjent mer enn 50 gener for å kontrollere reparasjonsprosesser. Disse genene koder for enzymer som for eksempel kan kutte ut skadede deler av én DNA-streng. DNA-polymerase fullfører dette stedet i kjeden til normal, og DNA-ligaser "sy opp" bruddet på stedet for den innebygde delen. Det er spesielle enzymer som reparerer skader forårsaket av ultrafiolett stråling, etc.
Hvis det oppstår mutasjoner i et eller annet gen i reparasjonssystemet, fører dette til en økning i frekvensen av mutasjoner. Det er altså gener der mutasjoner øker hyppigheten av mutasjoner i andre gener i kroppen.
Det er også komplekse cellulære mekanismer som sikrer riktig segregering av kromosomer til gameter. Hvis disse mekanismene svikter, havner et ekstra kromosom i den ene gameten, og en kromosommangel oppstår i den andre. Slike genomiske mutasjoner fører vanligvis til embryonal død, medfødte deformiteter eller arvelige sykdommer.
Hver dag blir rundt 100 000 lenker i DNA-molekylene til hver celle i menneskekroppen skadet på grunn av en rekke endogene prosesser og eksogene genotoksiske effekter. DNA-skade kan føre til mutasjoner, provosere celledød eller tjene som en drivkraft for dens ondartede degenerasjon. For å forhindre slike konsekvenser har cellen flere komplementære enzymsystemer som støtter prosesser som samlet kalles DNA-reparasjon. Hovedmålet med alle disse systemene er å gjenopprette DNA-sekvensen som eksisterte før skaden, eller, hvis dette ikke er mulig, å redusere endringer til et minimum. DNA-reparasjonssystemer sikrer nøyaktigheten av reproduksjon og bevaring av genetisk informasjon. Reparasjonsmekanismene som cellen bruker for å opprettholde stabiliteten til informasjonen som er innebygd i DNA er universelle – den funksjonelle og noen ganger strukturelle homologien til elementene som danner disse mekanismene kan spores fra bakterier til mennesker. Jo mer kompleks cellen er, desto større antall strukturelle og regulatoriske gener og deres produkter er involvert i DNA-reparasjonsprosesser, selv om det grunnleggende diagrammet for en bestemt prosess som regel forblir uendret. Reparasjonsmekanismer danner et komplekst nettverk, vevd av funksjonelle forbindelser eller lån av strukturelle elementer, som gir en balanse mellom stabiliteten til informasjon i DNA og dens evolusjonære variabilitet. Nøyaktigheten av DNA-reproduksjon og overføring av informasjonen i den sikres av to matriseprosesser - DNA-replikasjon og transkripsjon. Selv om DNA-polymerase har korrekturlesende aktivitet, er replikasjonen ikke helt nøyaktig, og hvis uparrede baser oppstår, retter basekorreksjonssystemer feilen.
Hvis enkelt- og dobbelttrådsbrudd oppstår i DNA'et, spiller homolog rekombinasjon inn, som gjennom søsterutvekslinger gjenoppretter integriteten til DNA'et nøyaktig. Imidlertid er rekombinasjon det "tunge artilleriet", og det er mest av alt ment for variasjon. Når DNA som bare er delvis homolog med cellens DNA kommer inn i en celle, vil det sannsynligvis bli integrert i genomet via homolog rekombinasjon. Nøyaktigheten til denne prosessen beskyttes av et system for å korrigere uparrede baser med en lang resyntetisert region (LBC), som avbryter rekombinasjonen hvis homologien til interagerende DNA-molekyler er for ufullkommen. Dessuten eliminerer DCNO de fleste rekombinasjonssteder på ssDNA-nivå hvis de forstyrrer komplementariteten til nukleotidparing. Dermed reduserer DCNO frekvensen av rekombinasjonsutvekslinger i DNA. Dermed forsvarer DKNO-systemet stabiliteten til genomet og dets artsspesifisitet. Arvelige lidelser i cellulære reparasjonssystemer hos mennesker fører til alvorlige medfødte anomalier og/eller disposisjon for utvikling av kreft.
Reparasjonssystemer skiller seg fra hverandre i underlagene, enzymene og mekanismene som brukes for å eliminere skadede lenker. For tiden er det 6 hovedreparasjonssystemer - reaktiveringssystemet og de resterende reparasjonssystemene, som virker med nedbrytning og resyntese av den skadede delen av DNA.
Ved alvorlig DNA-skade - dannelse av dobbelttrådsbrudd, omfattende enkelttrådsgap, tverrbindinger mellom strenger - fungerer et rekombinasjonsreparasjonssystem, der skadet DNA korrigeres ved rekombinasjon med en full kopi av det genetiske materialet, hvis det er tilstede i cellen. Dobbelttrådsbrudd kan også ligeres under prosessen med å sammenføye ikke-homologe ender, noe som imidlertid fører til tap av en del av arvematerialet.
Ikke-kanoniske basepar og korte heteroduplekser i DNA gjenkjennes av, som fjerner et DNA-fragment opptil flere hundre deoksynukleotider langt som inkluderer det ikke-kanoniske elementet og reparerer det resulterende hullet.
7608 0
Under regenerering innebære restaurering av vev eller organ av en tapt eller skadet spesialisert struktur.
Fysiologisk regenerering består i å oppdatere de morfofunksjonelle egenskapene til et vev eller organ ved hjelp av naturlige mekanismer, for eksempel dannelse av nye og resorpsjon av gamle, slitte osteoner i beinet.
På reparativ regenerering prosessen med dannelse av nye strukturer på stedet for skade eller skade oppstår. Som en illustrasjon kan vi sitere prosessen med fraktur av lange rørformede bein. Prosessene med reparativ celleregenerering, som består i dannelsen av vev på dødsstedet for skadede elementer, reguleres i stor grad av mekaniske forhold. Spesielt kan deformasjon av regenerasjonen, for eksempel strekking, på grunn av ustabilitet stimulere både dannelsen av callus og benresorpsjon i området med kontaktflater. Ved resorpsjon øker ustabiliteten i bruddsonen. Økende deformasjon av regeneratet, for eksempel ved bruk av kompresjonsdistraksjonsenheter for osteosyntese, kan føre til en gradvis differensiering av stromaceller mot å øke deres styrke og stivhet. Dermed blir mykt granulasjonsvev, som er i stand til å motstå betydelig deformasjon, erstattet av bindevev, som har større stivhet, men mindre motstand mot deformasjon. Denne prosessen kalles ofte "indirekte" helbredelse. Hvis bruddgapet er lite og benfragmentene er godt stabilisert ved interfragmentær kompresjon, er deformasjonen minimal. I dette tilfellet oppstår ofte direkte dannelse av beinvev, og benresorpsjon og dannelse av periosteal callus er ikke alltid nødvendig. Denne typen bruddheling kalles "direkte" (kontakt).
Etter sanering av betennelseskilden fra mikrobielle og fremmedlegemer, aktiveres mekanismer som involverer lymfocytter og makrofager. Lymfocytter skiller ut IL-2 og TNF, som aktiverer blodmonocytter, som i vev går gjennom priming-stadiet og omdannes til aktiverte makrofager. Disse cellene skiller i sin tur ut i de omkringliggende vevsvekstfaktorer som FGF, plateavledet vekstfaktor, IL-6, som påvirker osteoblaster, fibroblaster og endotelceller. Fibroblaster deler seg, og når de modnes, begynner de å skille ut komponenter i den ekstracellulære matrisen (proteoglykaner, glykosaminoglykaner, fibronektin, adhesiner, etc.), inkludert kollagen. Makrofager kontrollerer fibrillogenese ved å produsere, når det er nødvendig, enzymene kollagenase og elastase. Det skal bemerkes at den optimale driften av de fleste iso-former av disse enzymene ligger i et nøytralt miljø, dvs. når alle sure produkter på betennelsesstedet allerede er fjernet eller nøytralisert. I tillegg kan makrofager, gjennom sekresjon av prostaglandiner og FGF, FGF og andre faktorer, stimulere eller undertrykke fibroblastfunksjonen, og dermed påvirke volumet av nytt vev (Ketlitsky, 1995; Serov et al., 1995).
Parallelt aktiveres angiogeneseprosesser. I dette tilfellet ser det ut til at makrofager slår gjennom tunneler i den ekstracellulære matrisen som endotelceller migrerer inn i. I dette tilfellet dukker det opp nye kapillærer, som vokser, blir til større kar, forgrener seg og penetrerer nytt vev (Mayansky, Ursov, 1997). Denne prosessen minner til en viss grad om mekanismen for apposisjonell vekst av benvev eller dannelse av callus under frakturer, hvor det samme, tilsynelatende generelle biologiske hendelsesforløpet kan spores.
Som et resultat av sårheling dannes nytt vev, som i en eller annen grad erstatter funksjonen til de skadede strukturene. Dessverre slutter ikke hver betennelse med dette resultatet. I noen tilfeller oppstår det med dannelsen av ulike defekter, grovt arrvev, går inn i et kronisk stadium, inkluderer autoimmune mekanismer og sklerose (kalsifisering) av vev.
A.V. Karpov, V.P. Shakhov
Eksterne fikseringssystemer og reguleringsmekanismer for optimal biomekanikk
DNA-syntese skjer i henhold til en semi-konservativ mekanisme: hver DNA-streng kopieres. Syntese skjer i seksjoner. Det er et system som eliminerer feil i DNA-reduplikasjon (fotoreparasjon, pre-reproduktive og post-reproduktive reparasjoner). Reparasjonsprosessen er veldig lang: opptil 20 timer og kompleks. Restriksjonsenzymer kutter ut den upassende delen av DNA og bygger den opp igjen. Reparasjoner fortsetter aldri med 100 % effektivitet; hvis de gjorde det, ville evolusjonær variasjon ikke eksistere. 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 oppreisning kalles eksisjon, de. med skjæring. Det utføres før neste replikasjonssyklus, og det er derfor det også kalles pre-replikativ. I tilfellet når eksisjonsreparasjonssystemet ikke korrigerer en endring som har oppstått i en DNA-tråd, under replikasjon fikseres denne endringen og den blir egenskapen til begge DNA-trådene. Dette fører til utskifting av ett par komplementære nukleotider med et annet eller til at det oppstår brudd i den nylig syntetiserte kjeden mot de endrede seksjonene. Gjenoppretting av normal DNA-struktur kan også skje etter replikasjon. Etterreparativ reparasjon utføres ved rekombinasjon mellom to nydannede DNA-dobbelspiraler. Under pre-replikativ og post-replikativ reparasjon blir det meste av den skadede DNA-strukturen gjenopprettet. Hvis mengden skade i en celle, til tross for reparasjonen som er utført, forblir høy, blokkeres DNA-replikasjonsprosesser i den. Denne cellen deler seg ikke.
19.Gene, dets egenskaper. Genetisk kode, dens egenskaper. Struktur og typer RNA. Bearbeiding, skjøting. Rollen til RNA i prosessen med å realisere arvelig informasjon.
Gene – en del av et DNA-molekyl som bærer informasjon om strukturen til en polypeptidkjede eller et makromolekyl. Gener på ett kromosom er ordnet lineært, og danner en koblingsgruppe. DNAet i et kromosom utfører forskjellige funksjoner. Det er forskjellige gensekvenser, det er gensekvenser som styrer genuttrykk, replikasjon osv. Det er gener som inneholder informasjon om strukturen til polypeptidkjeden, og til syvende og sist strukturelle proteiner. Slike sekvenser av nukleotider ett gen lange kalles strukturelle gener. Gener som bestemmer sted, tidspunkt og varighet for aktivering av strukturelle gener er regulatoriske gener.
Gener er små i størrelse, selv om de består av tusenvis av nukleotidpar. Tilstedeværelsen av et gen er etablert ved manifestasjonen av gentrekket (sluttproduktet). Et generelt diagram over strukturen til det genetiske apparatet og dets drift ble foreslått i 1961 av Jacob og Monod. De foreslo at det er en del av et DNA-molekyl med en gruppe strukturelle gener. Ved siden av denne gruppen er en region på 200 nukleotidpar - promotoren (regionen ved siden av den DNA-avhengige RNA-polymerasen). Denne regionen er ved siden av operatørgenet. Navnet på hele systemet er operon. Regulering utføres av et regulatorgen. Som et resultat interagerer repressorproteinet med operatørgenet, og operonet begynner å virke. Substratet interagerer med genet med regulatorer, og operonet blokkeres. Tilbakemeldingsprinsipp. Uttrykk for operonet er inkorporert som en helhet.
I eukaryoter har ikke genuttrykk blitt studert. Årsaken er alvorlige hindringer:
Organisering av genetisk materiale i form av kromosomer
I flercellede organismer er celler spesialiserte og derfor er noen gener slått av.
Tilstedeværelsen av histonproteiner, mens prokaryoter har "nakent" DNA.
DNA er et makromolekyl; det kan ikke komme inn i cytoplasmaet fra kjernen og overføre informasjon. Proteinsyntese er mulig takket være m-RNA. I en eukaryot celle skjer transkripsjon med enorm hastighet. Først vises pro-i-RNA eller pre-i-RNA. Dette forklares av det faktum at i eukaryoter dannes mRNA som et resultat av prosessering (modning). Genet har en diskontinuerlig struktur. Kodende regioner er eksoner og ikke-kodende regioner er introner. Genet i eukaryote organismer har en ekson-intron struktur. Intronet er lengre enn eksonet. Under behandlingen blir introner "kuttet ut" - skjøting. Etter dannelsen av modent mRNA, etter interaksjon med et spesielt protein, går det over i et system - et informosom, som bærer informasjon inn i cytoplasmaet. Nå er ekson-intron-systemer godt studert (for eksempel onkogen P-53). Noen ganger er intronene til ett gen eksoner av et annet, da er skjøting umulig. Prosessering og spleising er i stand til å kombinere strukturer som er fjernt fra hverandre til et enkelt gen, så de er av stor evolusjonær betydning. Slike prosesser forenkler spesifikasjon. Proteiner har en blokkstruktur. For eksempel er enzymet DNA-polymerase. Det er en kontinuerlig polypeptidkjede. Den består av sin egen DNA-polymerase og en endonuklease, som spalter DNA-molekylet fra enden. Enzymet består av 2 domener, som danner 2 uavhengige kompakte partikler forbundet med en polypeptidbro. På grensen mellom de 2 enzymgenene er det et intron. Domenene var en gang separate gener, men så ble de nærmere hverandre. Brudd på slik genstruktur fører til gensykdommer. Brudd på strukturen til intronet er fenotypisk usynlig; et brudd i eksonsekvensen fører til mutasjon (mutasjon av globin-gener).
10-15 % av RNA i en celle er overførings-RNA. Det er komplementære regioner. Det er en spesiell triplett - et antikodon, en triplett som ikke har komplementære nukleotider - GGC. Samspillet mellom de to ribosomale underenhetene og mRNA fører til initiering. Det er 2 steder - pectidyl og aminoacyl. De tilsvarer aminosyrer. Polypeptidsyntese skjer trinnvis. Forlengelse - prosessen med å bygge en polypeptidkjede fortsetter til den når et tullkodon, deretter skjer terminering. Syntesen av polypeptidet avsluttes, som deretter går inn i ER-kanalene. Underenhetene beveger seg fra hverandre. Ulike mengder protein syntetiseres i en celle.