Etapele de reparare a ADN-ului. Reparation: Ce este? Mecanisme de reparare a ADN-ului. Corecția directă a daunelor
7608 0
Sub regenerare Măsurați restaurarea cârpei, organul structurii specializate pierdute sau deteriorate.
Regenerarea fiziologică este de a actualiza proprietățile morfofuncționale ale țesutului sau organului cu ajutorul mecanismelor naturale, cum ar fi formarea de noi și de resorbție a Osteonovului vechi, uzată în os.
Pentru regenerarea reparației Procesul de formare a unor noi structuri la locul deteriorării sau prejudiciului are loc. Ca o ilustrare, puteți aduce procesul de fracturare a oaselor tubulare lungi. Procesele de regenerare returnare a celulelor, constând în formarea țesuturilor pe locul decesului elementelor deteriorate, sunt în mare parte reglementate de condițiile mecanice. În particular, deformarea regenerării, de exemplu, întinderea, datorită instabilității, poate stimula atât formarea porumbului osos, cât și resorbția osului în zona zonei de contact. Dacă apare absorbția, instabilitatea crește în zona de fractură. Deformarea crescândă a regeneratului, de exemplu, utilizând dispozitive de distragere a compresării pentru osteosinteză, poate duce la o diferențiere treptată a celulelor stroma în direcția creșterii puterii și rigidității lor. Astfel, un țesut de granulare moale, capabil să reziste la o deformare semnificativă, este înlocuit cu un țesut conjunctiv cu o rigiditate mai mare, dar o rezistență mai mică la deformare. Acest proces este adesea numit vindecarea "indirectă". Dacă slotul de fractură este mic și fragmentele osoase sunt bine stabilizate prin compresie interflară, deformarea se manifestă ca fiind minimă. În același timp, apare o formare directă a țesutului osos, iar dizolvarea osului și formarea porumbului periosal nu este întotdeauna necesară. Acest tip de vindecare a fracturilor se numește "direct" (contact).
După salubritatea accentului de inflamație din organismele microbiene și străine, mecanismele care apar cu participarea limfocitelor și macrofagelor. Limfocitele secretă IL-2 și FLN, care activează monocitele din sânge, care în țesuturile trec prin etapa de reconciliere și sunt transformați în macrofage activate. Aceste celule, la rândul său, secretă în factorii de creștere a țesutului înconjurător ai FRF, factorul de creștere trombocard, IL-6, care afectează osteoblastele, fibroblastele și celulele endoteliale. Fibroblastele sunt împărțite și ca componentele matricei extracelulare (proteoglicanii, glicozaminogilcanii, fibronectina, adezivul etc.) încep să secrete componentele matricei extracelulare etc.), inclusiv colagenul. Macrofagele sunt controlate de fibrillelesis prin produse, dacă este necesar, enzime - colagenază și elastază. Trebuie remarcat faptul că munca optimă a celui mai mare din forma acestor enzime constă într-un mediu neutru, adică. Apoi, când toate produsele acide în centrul inflamației sunt deja îndepărtate sau neutralizate. În plus, macrofagele prin secreția de prostaglandine și FRF, FRT și alți factori pot stimula sau suprima funcția de fibroblaste, au astfel un impact asupra volumului de țesături noi (Ketlitsky, 1995; Serov et al., 1995).
În paralel, procesele de angiogeneză sunt activate. În același timp, macrofagele sunt ca tunelurile într-o matrice extracelulară, care migrează celulele endoteliului. În același timp, apar noi capilare, care cresc, transformă în vase mai mari, ramificate și pătrunde într-o nouă țesătură (Myata, Ursov, 1997). Acest proces într-o oarecare măsură seamănă cu mecanismul unei creșteri de abordare a țesutului osos sau a formării porumbului osos în timpul fracturilor, în care este același, aparent, secvența evidentă a evenimentelor este urmărită.
Ca rezultat al vindecării rănilor, se formează o nouă țesătură, care într-un fel sau altul înlocuiește funcția structurilor deteriorate. Din păcate, nu toate inflamația se încheie cu un astfel de rezultat. În unele cazuri, se întâmplă cu formarea unei varietăți de defecte, țesutul cicatricial gros, trece în stadiul cronic, include mecanisme autoimune și țesuturi de scleroză (calcificare).
A.V. Karpov, V.P. Shakhov.
Sisteme de fixare externă și mecanisme de reglementare ale biomecanicii optime
Celulele au o varietate de brigade de reparații, care monitorizează siguranța informațiilor stocate pe ADN. Astfel de sisteme celulare care corecte leziunile ADN sunt numite sisteme de reparare.
În bacteriile bastoanelor intestinale, mai mult de 50 de gene care controlează procesele de reparare sunt acum cunoscute. Aceste gene codifică enzime care pot, de exemplu, să taie zonele deteriorate ale unui circuit ADN. ADN polimeraza completează acest loc al lanțului la normă, iar ligazele ADN sunt "cusute" decalajul în locul zonei încorporate. Există enzime speciale care elimină daunele create de ultraviolete etc.
Dacă mutațiile apar într-un fel de gen de sistem de reparare, aceasta duce la o creștere a frecvenței mutațiilor. Astfel, există gene, mutații în care crește frecvența mutațiilor în alte gene genetice.
Există, de asemenea, mecanisme complexe celulare care asigură discrepanța corectă între cromozomii din gamet. Dacă aceste mecanisme dau un eșec, într-un joc, cromozomul cade într-un joc, iar lipsa cromozomului apare în cealaltă. Aceste mutații genomice conduc, de obicei, la moartea embrionilor, deformațiilor congenitale sau la boli ereditare.
Zilnic în moleculele de ADN ale fiecărei molecule de corpuri umane Aproximativ 100.000 de unități sunt deteriorate datorită diferitelor procese endogene și efectelor genotoxice exogene. Deteriorarea ADN-ului poate duce la apariția mutațiilor, provoacă moartea celulară sau de a servi la reîncarnarea malignă. Pentru a preveni astfel de consecințe în celulă, există mai multe sisteme enzimatice complementare care susțin procesele care poartă reprarația generală a ADN-ului. Scopul principal al tuturor acestor sisteme este restaurarea secvenței ADN care a existat înainte de a fi deteriorată sau, dacă este imposibil, reducerea modificărilor la minim. Sistemele de reparații ADN asigură acuratețea reproducerii și menține informațiile genetice. Mecanisme reparative care utilizează celula pentru a menține stabilitatea informațiilor așezate în ADN universal - funcțional și, uneori, omologia structurală a elementelor care formează aceste mecanisme pot fi urmărite de la bacterii la oameni. Celula mai dificilă, cu atât mai mare este numărul de gene structurale și de reglementare și produsele lor sunt implicate în procesele de reparații ADN, deși schema schematică a unui anumit proces, de regulă, rămâne neschimbată. Mecanismele reparative formează o rețea complexă, țesute cu legături funcționale sau împrumuturi de elemente structurale, care oferă un echilibru între stabilitatea informațiilor din ADN și variabilitatea evolutivă. Precizia reproducerii ADN-ului și a transmisiei de informații, este încorporată, este furnizată de două procese de matrice - replicarea și transcrierea ADN-ului. Deși ADN polimeraza are activitate corectivă, replicarea nu este absolut exactă și, dacă apar baze nepermanente, sistemele de corecție de bază sunt corectate de eroare.
În cazul în care există lacune unic și pat în ADN, recombinarea omologă intră în acțiune, care, în detrimentul schimburilor de îngrijire medicală, restabilește cu exactitate integritatea ADN-ului. Cu toate acestea, recombinarea este o "artilerie grea" și este destinată cel mai mult pentru variabilitate. La admiterea la celula ADN, care este doar parțial omoloagă cu ADN-ul celular, este probabil să se integreze în genomul folosind o recombinare omologă. La garda de precizie a acestui proces, sistemul de patronaj al bazelor nepermanente cu o secțiune lungă atenuată (DCO), care întrerupe recombinarea, dacă omologia interacționează a moleculelor ADN nu este inutilă decât imperfectă. În plus, DCO elimină majoritatea clădirilor de recombinare la nivelul ONDNA, dacă încalcă complementaritatea asociației nucleotidelor. Astfel, DCO reduce frecvența schimburilor de recombinare în ADN. Deci, sistemul DKNO apără stabilitatea genomului și a vizualizării acesteia. Încălcările ereditare ale sistemelor de reparare a celulelor la om conduc la anomalii congenitale severe și / sau la predispoziție la dezvoltarea cancerului.
Sistemele de reparare diferă unul de celălalt de substraturile utilizate de substraturi, enzime și mecanisme pentru a elimina unitățile deteriorate. În prezent, 6 sisteme principale pentru reactivarea sistemului de reparare și alte sisteme de reparare, care acționează cu degradare și sinteză repetată a părții deteriorate a ADN-ului se disting.
În cazul unor deteriorări puternice la ADN - formarea de lacune cu două lanțuri, barele de un singur litru extinse, reticularea între lanțuri - sistemul de reparații de recombinare, în care ADN-ul deteriorat este fixat datorită recombinării cu o copie deplină Materialul genetic dacă este prezent în celulă. De asemenea, lacunele cu două lanțuri pot fi, de asemenea, ligate în procesul de reunificare a capetelor non-omologice, ceea ce, totuși, duce la pierderea unei părți a materialului genetic.
Perechi non-nonice de baze și heteroduplexuri scurte în ADN sunt recunoscute de sistemul de reparare heteroduplex, care îndepărtează fragmentul de ADN de până la câteva sute de deoxneucleotide, inclusiv elementul non-canonic și stochează încălcarea rezultată.
În ciuda preciziei ridicate a activității enzimelor care efectuează replicarea ADN, precum și existența unui mecanism de corectare, cu sinteza noilor circuite ADN, erorile asociate incluziunii în compoziția lor de nucleotide neconformabile apar. În plus, moleculele ADN sunt expuse la efectele diferiților factori fizici și chimici care își încalcă structura. Cele mai frecvente daune ADN pot fi atribuite după cum urmează:
Legăturile Gap (B-N)-glicozoid dintre purin și deoxiriboză (depunări), care se datorează cel mai adesea creșterii temperaturii. Pe zi în celula unei persoane este făcută de la 5.000 la 10.000 de acte depurinizarea;
Deaminarea spontană a reziduurilor de citozină și adenină cu formarea, respectiv, a reziduurilor de uracil și hipoxantină (aproximativ 100 de evenimente pe genomul pe zi);
Alchilarea bazelor de azot sub acțiunea unei substanțe chimice speciale ( agenți de alchilare);
- intercululare (încorporarea) unor compuși între perechile de nucleotide adiacente;
Formarea accidentelor covalente între lanțurile ADN sub acțiunea agenților bifuncționali;
Formarea care rezultă din absorbția dimerilor ciclobutanului de lumină ultravioletă (fig.2.2) între pirimidinele adiacente din lanț.
Majoritatea deteriorării enumerate perturbă procesele de replicare și expresie genică, de exemplu, fiecare dimer timic în E. coli ADN deține replicarea cu 10 secunde. În plus, aceste daune sunt o sursă de mutații dacă corecția lor nu este îndeplinită înainte de începerea replicării ADN-ului.
Cel mai adesea, astfel de încălcări apar numai într-una din firele ADN, în timp ce în cel de-al doilea fir opus daunele în majoritatea cazurilor conține o secvență "corectă" care poate servi ca matrice pentru a corecta erorile. Astfel, Helix dublu ADN, precum și faptul că informațiile despre structura enzimelor de reparare sunt codificate, face posibilă un mecanism unic de corectare a erorilor - reparații, caracteristic numai pentru o clasă de molecule - ADN.
Sistemele de reparare și mecanismele care există între diferitele organisme sunt foarte mult, printre care sunt cele care sunt specifice doar pentru a corecta daune unui fel și există mai puțin specifice. Pentru toate, toate procesele de reparare cunoscute până în prezent pot fi împărțite în două categorii: 1) cele care nu necesită participare la replicare și reprezintă corecția directă a tulburărilor în ADN; 2) procese mai complexe în care apare replicarea reparației. Mecanismele de reparare sunt cel mai bine înțelese în legătură cu corectarea daunelor cauzate de iradierea UV - dimerii pirimidinei (figura 2.2).
Deoarece în cele mai cunoscute procese de reparație, consecințele iradierii UV sunt implicate în participarea luminilor UV, mecanismele de reparare sunt, de asemenea, împărțite în lumină (capabili să realizeze numai pe lumina vizibilă) și întuneric (care nu necesită lumină vizibilă ) repararea.
Mecanismele de reparare pentru corectarea directă a deteriorării includ delinincuirea reziduurilor de guanină și monomerizarea dimerilor ciclobutanilor între bazele de pirimidină adiacente. Digitalizarea reziduurilor de metilguanonă se referă la reparații întunecate și are loc cu participarea enzimelor prezente în celulele bacteriilor și substanțele nutritive. Pe 6-metilguanin-ADN-alchil-transferază catalizează transferul grupărilor alchil în grupări sulfhidril de resturi de cisteină ale enzimei (figura 2.3).
Dimensiunile de divizare între nucleotidele de pirimidină are loc în proces fotoreactivarea- Restaurarea structurii moleculelor ADN deteriorate de radiația UV ca rezultat al efectelor ulterioare ale luminii vizibile (repararea luminii). Photoreactivarea cu undă scurtă non-enzimă, care este de a monomaliza dimeri sub acțiunea radiației ultraviolete cu o lungime de undă de 240 nm, precum și fotorectivarea enzimatică. Acesta din urmă este, de obicei, implicit de fotorectivare. Acest proces necesită participarea la lumină vizibilă cu o lungime de undă de 300-600 nm și se efectuează sub acțiunea enzimelor fotorectivă specifice (deoxiritribopirimidinfotolias). Substratul fotilyase servește dimeri de baze de pirimidină, cu care formează un complex (cu ADN intact, enzima nu se leagă). Folosind energia luminii absorbite, enzima distruge dimerul fără a sparge circuitele ADN (figura 2.4).
Fenomenul de fotorectivare este larg răspândit în natură și a fost găsit chiar și în astfel de microorganisme primitive ca micoplasme. Fotoreactivarea enzimelor au fost găsite în unele plante și animale mai înalte, precum și în toate bacteriile studiate, cu excepția radioduirilor deinococi, care, totuși, sunt extrem de rezistente la lumina UV: aceste bacterii sunt rezistente la o doză de 1000 de ori mai mare decât cea care Cei ucide E. coli. Cu absența completă a capacității de a fotografia D. Radiodrans, are un sistem puternic de reparări de excizie.
Evenimentele de reparare asociate cu înlocuirea zonelor distorsionate nu necesită participarea luminii vizibile și a acestora, cu excepția altor enzime, nucleazele a două tipuri joacă un rol important: ex- și endonucleaze. Exonucleazele sunt clivarea ADN-ului, începând cu capetele lanțurilor, iar endonucleazele atacă lanțurile din părțile interioare, formând în pauze de unică ale ADN-ului. Printre varietatea diferitelor tipuri de reparare asociate cu Sintetismul reparator al ADN-ului, două principale: excizonal și pepperlicativa Reparaţie.
Raportarea exciziei. O caracteristică distinctă a reparării exciziei este de a elimina secțiunea deteriorată a ADN-ului. Acest tip de reparație nu este la fel de specific pentru deteriorarea ADN ca fotorectivare și nu numai dimerii pirimidinei pot fi corectate, dar multe alte modificări ale structurii ADN pot fi corectate. Excizia de reparare (figura 2.5, a) este un proces cu mai multe etape și include următoarele evenimente:
1) Recunoașterea deteriorării ADN-ului, care se realizează prin endonucleaze specifice care efectuează următoarea etapă;
2) Circuitul unui lanț de ADN lângă daune - incizie (efectuați endonucleaze);
3) Îndepărtarea unui grup de nucleotide cu daune - exciusia. (Exonucleaze exercițiilor);
4) ReinTez ADN - umplerea pentru activitatea goală (ADN polimerază rezultată);
5) Restaurarea continuității lanțului înregistrat prin formarea legăturilor covalente ale insulei sucrozăfosfat a moleculei.
Cel mai bun dintre toate mecanismul de reparare a exciziei este studiat pe exemplul îndepărtării întunecate a dimerii pirimidinei de la ADN E. coli iradiat cu ultraviolet. În celulele bastoanelor intestinale pentru acest procedeu, gena UVRA-D corespunde structurii enzimelor care taie secțiunea lanțului ADN cu un dimer), precum și Pola (determină structura ADN polimerază i care exercită Relicvă sinteza ADN). O caracteristică a unei astfel de metode de reparare a exciziei este formarea unor tăieturi cu catenă unică pe ambele părți ale dimerului timic.
Unele organisme sunt utilizate pentru a repara daunele, inclusiv cele asociate cu formarea dimerilor timini, un alt tip de reparare a exciziei, care implică participarea la procesul unei enzime speciale - N-gosilază. În acest caz, primul eveniment de reparație este împărțirea relației glicozide dintre baza deteriorată (de exemplu, una dintre camioanele în dimer, purinul N-alchilat et al.) Și deoxiriboza. Astfel, există un local apurinizarea, sau apiimidinizarea; Există o așa-numită AR-Site recunoscut de endonucleaza specifică AR, care împarte comunicarea esențială a fosfanului de lângă site-ul AR. Apoi, încălcarea este umplută cu sinteză completă convențională.
În celulele bacteriene și eucariote, au fost descoperite un număr de N-gosilază diferite. De exemplu, glicozilaza URACIL-ADN recunoaște o pereche neregulată de DG / DU, care rezultă din resturile de deoxicinomină deoxitoză spontană de la perechea DG / DC. Deaminarea citrosinei poate duce la replicarea la apariția unei perechi de nucleotide mutante de DA / DT, deoarece din punct de vedere al formării legăturilor de hidrogen, Uracil se comportă în mod similar cu Thimin. O altă enzimă larg răspândită de acest tip este o dimer-n-glicozilază pirimidină, care creează un loc aparimidină atunci când repararea deteriorării legate de formarea dimerilor pirimidinei.
Locurile în care au apărut depurtificarea sau depuimidinizarea sunt îndepărtate de enzimele de arme (apurinov și apirimidină) -endonucleaze. Există multe endonucleaze diferite în celulele pro și eucariote. Unele dintre ele sunt prinse cu un lanț de la al treilea al Site-ului AR, în timp ce alții au împărțit o conexiune dieter de la partea de 5 ani; În orice caz, se formează 3'-hidroxil și 5'-fosforil. Acest lucru permite o exonuclează să se îndepărteze reziduurile adiacente de pe ambele părți ale capătului cu deteriorarea.
Diferitele opțiuni pentru repararea exciziei sunt răspândite în organismele pro- și eucariote, inclusiv la mamifere. Tulburările proceselor de reparare a exciziei pot duce la consecințe dramatice. Deci, oamenii cunosc boala ereditară - pigment Keroderma., principalele simptome ale cărora sunt crescute sensibilitate la lumina soarelui, ceea ce duce la dezvoltarea cancerului de piele. Acești pacienți au descoperit diferite defecte ale reparațiilor de excizie.
Reparare persecutivă. Acest tip de reparație necesită participarea produselor genetice, de asemenea implicate în evenimente de recombinare (gene REC) și nu este efectuată în celulele mutanților REC, prin urmare se numește, de asemenea, repararea recombinării. Recoparea reparării post-solicitare se bazează pe procesele de replicare și recombinare ale ADN-ului deteriorat, este cel mai puțin specific pentru toate tipurile de reparații considerate, deoarece nu are o etapă de învățare de daune. Aceasta este o metodă destul de reducere. nativ Structurile ADN din filialele (nou sintetizate): se arată că reparația are loc în primele minute după iradiere. O caracteristică a acestui proces este de a păstra daunele în lanțurile inițiale (materne) (figura 2.5, b).
Împreună cu rapidă, există, de asemenea, o reparație lentă post-rapidă pentru care durează câteva ore. Produce un sistem de enzime, care este absent în celulele uninstante și care induce iradierea. Acest mecanism a fost numit SOS-Reparații. Diferența sa uimitoare este o creștere semnificativă a frecvenței mutațiilor, în ciuda faptului că ADN-ul este deja deteriorat. Aceasta poate fi o consecință a utilizării unei matrice cu lanț ADN care conține daune.
Repararea personală există nu numai în bacterii, ci și în eucariote, inclusiv mamifere.
Deteriorate în timpul biosintezei normale ADN într-o celulă sau ca urmare a efectelor reactivilor fizici sau chimici. Realizate de sisteme de enzime de celule speciale. O serie de boli ereditare (de exemplu, o pigment kservoderma) este asociată cu sisteme de reparare a insuficienței.
Dezactivarea istoriei
Începutul studiului de reparații a fost fondat de lucrările lui Albert Kelner (SUA), care în 1948 a găsit fenomenul de fotorectivare - o scădere a deteriorării obiectelor biologice cauzate de razele ultraviolete (UV), la efectele ulterioare cu lumină vizibilă luminoasă ( repararea luminii).
R. Skyoto, K. Rupert (SUA) și alții au descoperit că fotoreactivarea - un proces fotochimic care pornește cu participarea unei enzime speciale și ducând la divizarea dimerii de timină formată în ADN la absorbția cuanticului UV.
Mai târziu, atunci când studiază controlul genetic al sensibilității bacteriilor la lumina UV și radiația ionizantă a fost descoperită repararea dansă - Proprietatea celulelor elimină deteriorarea ADN-ului fără participarea luminii vizibile. Mecanismul de reparații întunecate ale reparațiilor bacteriene ale celulelor bacteriene a fost prezis de către Flandra A.P. Howard și a fost confirmată experimental de F. Khanavalt și D. Petyjon (SUA). Sa demonstrat că bacteriile după iradiere apare zonele deteriorate ale ADN-ului cu nucleotide modificate și resintezul ADN în decalajele formate.
Sistemele de reparare nu există numai în microorganisme, ci și în celulele animalelor și persoana care este studiată pe culturile de țesuturi. Bolile ereditare ale persoanei sunt cunoscute - keroderma de pigment, în care reprarația este spartă.
Surse de distrugere a ADN-ului
Principalele tipuri de daune ADN
Sistemul de reparare a dispozitivului
Fiecare dintre sistemele de reparare include următoarele componente:
- ADN HELICA - enzimă, "găsirea" zonelor schimbate chimic într-un lanț și o ruptură a unui lanț apropiat de daune;
- DNAZ (deoxiribonucleaza) este o enzimă, "tăiere" 1 lanț de ADN (secvență nucleotidică) în conformitate cu comunicarea fosfodiesterică și îndepărtarea terenului deteriorat: exonucleaze la nucleotidele de capăt 3` sau 5 ', endonuclează - pe nucleotide, altele decât terminalul;
- ADN polimerază - o enzimă care sintetizează secțiunea corespunzătoare a circuitului ADN în loc de telecomandă;
- ADN LIGASE este o enzimă care închide ultima conexiune în lanțul de polimer și, prin urmare, restabilind continuitatea acestuia.
Tipuri de reparare
Reparații directe
Repararea directă este cea mai ușoară modalitate de a elimina deteriorarea ADN-ului, în care sunt implicate, de obicei, enzimele specifice, capabile să elimine deteriorarea corespunzătoare, restabilind structura originală nucleotidică. Acest lucru acționează, de exemplu, O6-metilongenin-ADN metiltransferază, care îndepărtează gruparea metil cu o bază azotată la unul dintre resturile proprii ale cisteinei.
Excizia de reparare
Excizia de reparare (Eng. Excizia - tăiere) implică îndepărtarea bazelor azotate deteriorate de ADN și restabilirea ulterioară a structurii normale a moleculei prin lanț complementar. Sistemul enzimatic elimină o secvență de ADN cu două sensuri cu o singură dimensiune, care conține baze eronate sau deteriorate și le înlocuiește prin sinteza secvenței, complementară firelor rămase.
Excizia Reparation este cea mai frecventă modalitate de a repara bazele ADN modificate. Se bazează pe recunoașterea unei baze modificate de glicozilază diferită, împărțintă legătura N-glicozidică cu o oscilație de fosfat de zahăr al moleculei ADN. În același timp, există glicozilații care recunosc în mod specific prezența în ADN-ul anumitor baze modificate (oximetilural, hipoxantină, 5-metiluracil, 3-metofenină, 7-metilguanină etc.). Pentru multe glicosilații, este descris în prezent un polimorfism asociat cu înlocuirea uneia dintre nucleotidele din secvența genei codificatoare. Pentru o serie de izoforme ale acestor enzime, a fost înființată o asociere cu un risc crescut de boli oncologice [Chen, 2003].
Repararea genetica - procesul de eliminare a daunelor genetice și restabilirea aparatului ereditar care curge în celulele organismelor vii sub influența enzimelor speciale. Abilitatea celulelor la repararea daunelor genetice a fost descoperită pentru prima dată în 1949 de American Genetic A.kelner. În viitor, au fost investigate diverse mecanisme de înlăturare a secțiunilor deteriorate ale materialului ereditar, sa constatat că arbitrul genetic inerent în toate organismele vii. Aparent, abilitatea de a repara daunele genetice a apărut în stadiile incipiente ale dezvoltării vieții pe Pământ și a fost îmbunătățită pe măsură ce ființele vii evoluează: enzimele de reparare sunt disponibile în reprezentanții vechii din lumea plantelor și animalelor. Până în prezent, un număr mare de enzime de reprobare specializate, precum și genele (vezi gena), care controlează sinteza lor în celule sunt detectate. Sa demonstrat că schimbările din aceste gene cresc sensibilitatea corpului la factorii nefavorabili și dăunători, contribuie la creșterea schimbărilor ereditare - mutații (vezi mutageneza), apariția bolilor și îmbătrânirea prematură. Sa stabilit că unele boli ereditare umane se dezvoltă în legătură cu sinteza sintezei enzimelor de reprobare. Au fost studiate în detaliu două forme de reluare a imobilizării genetice și reparării întunecate.
PhotowActivare., sau recuperarea luminii, a fost descoperită în 1949. Kelner, studiind efectul biologic al radiațiilor în experimentele pe ciuperci și bacterii microscopice, a constatat că celulele expuse la aceeași doză de iradiere ultravioletă, supraviețuiesc mult mai bine dacă sunt plasate în întuneric Condiții de iluminare naturală obișnuită. Pe baza acestui fapt, sa sugerat ca o parte din adânciturile structurilor genetice ale celulelor care decurg din iradierea ultravioletă să aibă loc în lumină.
A fost nevoie de aproape două decenii pentru a descifra efectul de fotorectivare al lui A. chelner. Sa dovedit că iradierea ultravioletă are capacitatea de a încălca structura moleculelor de acid deoxiribonucleic (ADN abreviat - a se vedea acizii nucleici care transportă informații genetice. Molecula ADN conține patru tipuri de așa-numite baze de azot: adenin, guanină, citozină și timină - și constă din două fire care se învârte în spirală. Adesea într-un singur fir, aceleași baze sunt situate în apropiere. Sub acțiunea iradierii ultraviolete într-o parte din baze de azot, legăturile chimice se rupe și, dacă acest lucru se întâmplă, de exemplu, în următoarele baze thyminice situate, ele sunt conectate unul la celălalt, formând așa-numitul dimer de timină. Dimmers de timină încalcă dramatic structura helixului dublu al ADN-ului, ca rezultat al semnificației modificărilor înregistrării genetice, ceea ce duce la defecte ereditare transmise în descendenții ulteriori, fie la moartea celulei. Pentru "tratament", eliminați aceste daune în unele celule există enzime speciale numite fotoreactivă. Aceste enzime sunt capabile să "învețe" în ADN deteriorate de zonele de iradiere ultraviolete, să se alăture și să distrugă legăturile rezultate între două tipinine, restabilind structura originală (normală) ADN. Cu toate acestea, "efectul terapeutic" al enzimelor fotorectivare este împărțirea secțiunilor legate de molecula ADN și restaurarea structurii sale normale inițiale - se manifestă numai cu participarea energiei ușoare. Apoi Szudova, lumina joacă în aceste procese rolul unui factor de activare care lansează reacția de fotorectivare. Până în prezent, acesta rămâne singurul exemplu de reacții biochimice în care energia ușoară acționează ca activator.
Inițial, capacitatea de fotografie a fost descoperită în microorganisme, în viitoarele enzime fotoactive au fost găsite în celulele unor pești, păsări, amfibieni, insecte, plante superioare și alge. De mult timp, acest tip de reparare nu a putut fi detectat de la mamifere și la oameni. Numai în 1969 sa demonstrat că capacitatea de fotoctivare este celulele animalelor de probă. Acest fapt a fost explicat prin particularitățile biologiei celor mai bătrâni locuitori ai pământului: ei credeau că prezența unei enzime fotorective la animalele tăcute este de o importanță excepțională, deoarece acestea sunt (printre alte mamifere), germenul este expus la acțiunea luminii solare (inclusiv iradierea ultravioletă) în procesul de transferare a acestuia în sacul mamei. Cercetarea ultimilor ani indică posibilitatea prezenței unei enzime fotoreactive în celulele pielii umane; Poate, prin urmare, o iradiere ultravioletă masivă, de exemplu, în timpul unui bronz, nu provoacă deteriorarea aparatului genetic uman.
Repararea dansăSpre deosebire de fotorectivarea, Universal. Elimină diverse daune structurale ale DNA care apar ca urmare a unei varietăți de radiații și influențe chimice. Abilitatea de reparare întunecată a fost găsită în toate sistemele și organismele celulare. Abilitatea celulelor microorganismelor de a restabili daunele genetice în întuneric a fost descoperită în 1955, dar detaliile acestui proces au început să fie dezvăluite numai din 1964. Sa dovedit că mecanismele de reparare întunecată sunt fundamental diferite de mecanismul de fotorectivare. Prima diferență este că, dacă, în timpul reacției la lumină, enzima fotoreactivă se împarte secțiunile moleculei ADN legate de iradierea ultravioletă, apoi în timpul reparației întunecate, zonele deteriorate sunt îndepărtate din molecula ADN. A doua diferență este asociată cu numărul de daune "vindecate". Enzima fotoreactivă este activă în raport cu un singur tip de deteriorare a ADN-ului - formarea dimerului timinei sub acțiunea iradierii ultraviolete. Enzimele care efectuează repararea întunecată sunt capabili să elimine diferite tulburări de ADN structurale care apar din cauza tot felul de influențe asupra celulelor - și chimice și radiații. Ca urmare a reparării întunecate, se efectuează o intervenție moleculară specifică: zonele deteriorate sunt "tăiate", iar "barele" formate sunt umplute cu sinteză locală (locală) sau partajare între firele ADN deteriorate și intacte , rezultând structura normală inițială. Pericol Repararea se efectuează sub controlul unui număr mare de enzime, fiecare dintre acestea fiind responsabilă pentru o anumită etapă a acestui proces complex. Două tipuri de reparații întunecate sunt studiate în detaliu - excision și post-solicitant. Cu o reparări de excizie, secțiunea ADN deteriorată este tăiată și înlocuită înainte de următorul ciclu de reproducere a celulelor, mai precis, înainte de dublare (replicare) a moleculelor ADN. Semnificația biologică a acestui proces este de a preveni consolidarea modificărilor ereditare (mutații) și reproducerea ulterioară a formularelor modificate. Excizia reprară este cea mai economică și mai eficientă formă de reparare genetică. Sa stabilit că, în funcționarea normală a microorganismelor, înainte de începerea replicării ADN, până la 90% din deteriorarea genetică disponibilă sunt îndepărtate, din celulele celor mai înalte organisme la 70%. Repararea exciziei se desfășoară în mai multe etape.
La început, enzima specială "are grijă" una dintre firele ADN, aproape de zona deteriorată, atunci zona deteriorată este complet îndepărtată, iar "pauza" formată umple enzimele speciale (ADN poli-merazele), care alimentează legături lipsă , împrumutarea lor din firul intact. Abilitatea de reparare a exciziei este stabilită în celulele microorganismelor, plantelor și animalelor superioare, precum și la om.
Reparare persecutivă - Ultima posibilitate pentru celula este eliminată prin deteriorarea genetică disponibilă, protejează descendenții de la schimbarea semnelor ereditare. Dacă există o mulțime de daune în ADN care, în timpul reparării exciziei, celula nu are timp să le elimine complet sau dacă genele sunt deteriorate, care determină posibilitatea reproducerii exciziei, apoi în procesul de reproducere (dublarea, dublarea, dublarea, dublarea, dublarea, dublarea, Replicarea) ADN-ul în filiale la locul de deteriorare a firelor materne sunt formate "Breshi". Acest lucru se datorează faptului că replicarea ADN-ului enzimatică (sinteza unui fir de copil pe firul ADN matern) nu poate "citi" o informație distorsionată în punctul deteriorat al firului matern. Prin urmare, atingând locul deteriorat rămas defect în timpul reparației exciziei, această enzimă se oprește, apoi încet (la o viteză de sute de ori mai mică decât de obicei) trece prin zona de daune și reînnoiește sinteza normală a unei filiale, retrage din acest loc. Acest lucru se întâmplă în toate punctele în care firul mamei ADN-ului rămâne deteriorat la începutul replicării. Desigur, dacă numărul de deteriorări este prea mare, replicarea se oprește complet și se percepe celulele. Dar există, de asemenea, cu moleculele ADN, barele de transport, celula nu poate dura mult timp. Prin urmare, după replicare, dar înainte de a împărți celula, începe procesul de reparare post-solicitare. Înainte de a împărți celula în el, se formează două molecule de legare a ADN. Dacă unul dintre ei poartă daune într-un singur fir și încălcând în firul opus, apoi în cealaltă moleculă a ADN-ului, ambele fire vor fi normale în acest moment. În acest caz, secțiunile ADN pot apărea - recombinarea (vezi gena, partajarea genei): zona intactă va fi sculptată dintr-o moleculă de ADN normală și introdusă în locul zonei deteriorate într-o altă moleculă, datorită căreia materialul genetic deteriorat se înlocuiește cu normal. Urmând acest lucru special. Enzimele (ADN polimeraza) lacrimă "barele" (acum pot să o facă, deoarece nu vor exista daune în ambele molecule în acest loc), firele nou sintetizate și vechi vor fi conectate unul cu celălalt, iar structura originală ADN va fi Ca urmare, acest lucru este complet restaurat. În conformitate cu natura procesului asociat implementării recombinării, acest tip de reparare post-solicitare se numește și recombinare.
Aparent, mecanismul subliniat nu este singura modalitate de a restabili structura normală ADN după dublarea sa (replicare). În orice caz, este cunoscut un mecanism în care unitățile sunt introduse în bare, care nu corespund structurii originale a ADN-ului înregistrat, adică mutațiile apar. Este posibil ca acest lucru să se întâmple în cazurile în care celula dintr-un motiv sau altul nu se poate returna în ADN-ul său nici una dintre metodele descrise mai sus și rămâne ultima șansă - sau să supraviețuiască costului apariției mutațiilor sau să piară. Interacțiunea diferitelor sisteme de reparare nu este încă suficient studiată, reglementarea activității lor în celulă și momentul exact al funcționării. S-a constatat că, în unele cazuri, celula este coordonată de enzimele exciziei și reparării postplicate. De exemplu, dacă două fire ADN sunt conectate unul cu celălalt (Cross), care apare în acțiunea multor otrăvuri (de exemplu, substanța otrăvitoare IPRITE), apoi mai întâi reacția de reacție începe enzima de reparare a exciziei, tăierea unui fir ADN , apoi enzime enzimele de reparare post-solicitare, proces de finisare.
Sistemele de enzime de reparare post-solicitare se găsesc în celulele umane. Încă nu este întemeiat clar, care sunt mecanismele enzimatice exacte care furnizează acest tip de reparații în celulele umane, se știe că recombinarea și umplerea aleatorie a șasiunii cu apariția mutațiilor pot fi efectuate în celulele umane. Eficacitatea relativă a proceselor cunoscute ale proceselor genetice de reparare nu este, de asemenea, clară. Se stabilește, de exemplu, care iradiată cu lumina ultravioletă a celulelor bastoanelor intestinale, sub rezerva funcționării normale a sistemului de reparații de excizie, sunt capabile să îndepărteze până la 1000 de deteriorări din ADN. Când în ADN apare un număr mai mare, deteriorarea celulei. Dacă sistemul de reparare a exciziei este invalidat, atunci numai aproximativ 100 de deteriorări pot fi îndepărtate din cauza reparației postplicative. Dacă ambele sisteme de reparare sunt absente, celula moare de la singurele daune apărute în ADN.
Repararea și mutațiile. După ce, în primele studii privind repararea genetică, a fost stabilită o relație strânsă între eliminarea zonelor deteriorate și o scădere a frecvenței mutațiilor. Mai târziu a fost dovedit că tulburările în activitatea enzimelor de reparare conduc la o creștere accentuată a numărului de mutații. În prezent, se stabilește în prezent că pot apărea mutațiile în cursul proceselor de reparare genetică datorită "erorilor" în activitatea enzimelor de reprobare. Deși cea mai mare recunoaștere a fost obținută prin ipoteza că procesele de reparare sunt realizate în mod predominant și numai răspunsul reparării post-deficit, în timpul căruia se construiește bazele aleatoare în bare, determină mutațiile, se acumulează un număr tot mai mare de date experimentale Că chiar și un număr relativ mic de renume de eroare duce la apariția unui număr semnificativ de mutații detectate atât în \u200b\u200bcondiții normale (naturale), cât și în cazul expunerii la celule de factori dăunători.
Repararea în diferite etape ale dezvoltării individuale a organismelor. Abilitatea de a pune în aplicare acest tip sau acel tip de reparații genetice poate varia în diferite etape ale dezvoltării organismelor. Studiile arată că eficiența maximă a tuturor proceselor de reparare a mamiferelor (inclusiv a oamenilor) se manifestă în momentul dezvoltării embrionare (intrauterine) și la etapele inițiale ale creșterii organismului. De exemplu, o perioadă lungă de timp nu putea găsi reacția reparării exciliarii în rozătoare (hamster, șobolan, șobolan și altele) și a constatat doar recent că acest tip de reparare are loc pe stadiul embrionar al dezvoltării și se oprește la etapele ulterioare. Se efectuează adesea numai în separarea celulelor, de exemplu, în celulele non-nervice emergente ale embrionului. Dacă creați condiții în care divizia acestor celule este suprimată, repararea lacunelor ADN cu o singură dimensiune cauzată de, de exemplu, iradierea cu raze X este eliminată.
Întreruperi ale reparării și a bolii umane. În 1968, omul de știință englez D. KLiver a fost dovedit că boala ereditară a unei persoane - kerodermie de pigment, semnele cărora sunt roșeață, formarea de creșteri, adesea cu reîncarnarea malignă a zonelor pielii la locul iradierii cu lumina soarelui, precum și deprecierea, sistemul nervos și alții, datorită unui defect al activității enzimelor de reparare a exciziei. În viitor, sa constatat că unele alte boli ereditare umane se datorează încălcărilor proceselor de reparare genetice. Sindromul Hutchinson, în care se dezvoltă pitharfismul, îmbătrânirea prematură și demența progresivă. Deteriorarea genelor care codifică enzimele de reparare datorate unui număr de forme de o astfel de boală relativ obișnuită, ca un lupus roșu și altele.
Studiul naturii moleculare a acestor boli dă motive să sperăm pentru dezvoltarea relativ rapidă a metodelor de tratament. Succesele în această direcție depind atât de studiul proceselor proceselor de reparare a genetice, cât și de studierea posibilității de separare de organismele normale (în special microbi) de enzime active active, urmate de introducerea acestora în corpul pacientului și pe metode de înlocuire a pacienților cu gene sănătoase (supravegherea ingineriei genetice). Dacă cea de-a doua cale rămâne doar în regiunea ipotezelor, atunci lucrarea experimentală a început în prima direcție. Astfel, cercetătorii japonezi K. Tanaka, M. Bekgii și I. Okada la sfârșitul anului 1975 au raportat utilizarea cu succes a uneia dintre enzimele de reprobare izolate de celulele bacteriene infectate cu un virus bacterian pentru a elimina un defect din celulele luate de la un pacient suferind de la o kerodermie de pigment. Pentru ca această enzimă să pătrundă cu succes a celulelor umane, cultivând în condiții artificiale, virusul Sendai mort a fost utilizat. Cu toate acestea, până în prezent, astfel de lucrări nu pot fi efectuate pe corpul uman. O altă direcție este asociată cu dezvoltarea metodelor de diagnosticare precoce a bolilor datorate defectelor enzimelor de reprocesare.
