81517

Повреждение и репарация ДНК. Ферменты ДНК-репарирующего комплекса

Доклад

Биология и генетика

Ферменты ДНКрепарирующего комплекса. Процесс позволяющий живым организмам восстанавливать повреждения возникающие в ДНК называют репарацией. Все репарационные механизмы основаны на том что ДНК двухцепочечная молекула т.

Русский

2015-02-20

137.99 KB

2 чел.

Повреждение и репарация ДНК. Ферменты ДНК-репарирующего комплекса.

Процесс, позволяющий живым организмам восстанавливать повреждения, возникающие в ДНК, называют репарацией. Все репарационные механизмы основаны на том, что ДНК - двухцепочечная молекула, т.е. в клетке есть 2 копии генетической информации. Если нуклеотидная последовательность одной из двух цепей оказывается повреждённой (изменённой), информацию можно восстановить, так как вторая (комплементарная) цепь сохранена. Процесс репарации происходит в несколько этапов. На первом этапе выявляется нарушение комплементарности цепей ДНК. В ходе второго этапа некомплементарный нуклеотид или только основание устраняется, на третьем и четвёртом этапах идёт восстановление целостности цепи по принципу комплементарности. Однако в зависимости от типа повреждения количество этапов и ферментов, участвующих в его устранении, может быть разным. Очень редко происходят повреждения, затрагивающие обе цепи ДНК, т.е. нарушения структуры нуклеотидов комплементарной пары. Такие повреждения в половых клетках не репарируются, так как для осуществления сложной репарации с участием гомологичной рекомбинации требуется наличие диплоидного набора хромосом.

Спонтанные повреждения Нарушения комплементарности цепей ДНК могут происходить спонтанно, т.е. без участия каких-либо повреждающих факторов, например в результате ошибок репликации, дезаминирования нуклеотидов, депуринизации.

Ошибки репликации. Точность репликации ДНК очень велика, но примерно один раз на 105-106 нуклеотидных остатков происходят ошибки спаривания, и тогда вместо пары нуклеотидов А-Т, G-С в дочернюю цепь ДНК оказываются включёнными нук-леотиды, некомплементарные нуклеотидам матричной цепи. Однако ДНК-полимеразы δ, ε способны после присоединения очередного нук-леотида в растущую цепь ДНК делать шаг назад (в направлении от 3'- к 5'- концу) и вырезать последний нуклеотид, если он некомплементарен нуклеотиду в матричной цепи ДНК. Этот процесс исправления ошибок спаривания (или коррекция) иногда не срабатывает, и тогда в ДНК по окончании репликации остаются некомплементарные пары, тем более, что ДНК-полимераза а лишена корректирующего механизма и "ошибается" чаще, чем другие полимеразы. При неправильном спаривании в первичной структуре дочерней цепи ДНК необычные основания не появляются, нарушена только ком-плементарность. Система репарации некомплементарных пар должна происходить только на дочерней цепи и производить замену некомплементарных оснований только в ней. Ферменты, участвующие в удалении неправильной пары нуклеотидов, распознают матричную цепь по наличию метилированных остатков аденина в последовательностях -GATC-. Пока основания нуклеотидных остатков в дочерней цепи неметилированы, ферменты должны успеть выявить ошибку репликации и устранить её. Распознавание и удаление (первый этап) некомплементарного нуклеотида происходят при участии специальных белков mut S, mut L, mut H. Каждый из белков выполняет свою специфическую функцию. Mut S находит неправильную пару и связывается с этим фрагментом. Mut Н присоединяется к метилированному (по аденину) участку -GATC-, расположенному вблизи некомплементарной пары. Связующим между mut S и mut Н служит белок mut L, его присоединение завершает образование активного фермента. Формирование комплекса mut S, mut L, mut Н на участке, содержащем ошибку, способствует проявлению у белка mut Н эндонуклеазной активности. Ферментативный комплекс гидролизует фосфоэфирную связь в неметилированной цепи. К свободным концам цепи присоединяется экзонуклеаза (второй этап). Отщепляя по одному нуклеотиду в направлении от 3'- к 5'- концу дочерней цепи, она устраняет участок, содержащий некомплементарную пару. Брешь застраивает ДНК-полимераза β (третий этап), соединение основного и вновь синтезированного участков цепи катализирует фермент ДНК-лигаза (четвёртый этап). Для успешного функционирования экзонуклеазы, ДНК-полимеразы р и ДНК-лигазы необходимо участие в репарации хеликазы и SSB-белков.

Депуринизация (апуринизация). ДНК каждой клетки человека теряет за сутки около 5000 пуриновых остатков вследствие разрыва N-гликозидной связи между пурином и дезоксирибозой. Тогда в молекуле ДНК на месте этих оснований образуется участок, лишённый азотистых оснований, названный АП-сайтом (AP-site, или апуриновый сайт). Термин "АП-сайт" используют также в тех случаях, когда из ДНК выпадают пиримидиновые основания и образуются апиримидиновые сайты (от англ, apurinic-apyrimidinic site). Этот тип повреждений устраняет фермент ДНК-инсертаза (от англ, insert - вставлять), который может присоединять к дезоксирибозе основание в соответствии с правилом компле-ментарности. В этом случае нет необходимости разрезать цепь ДНК, вырезать неправильный нуклеотид и репарировать разрыв.

Дезаминирование Реакции дезаминирования цитозина и превращение его в урацил (рис. 4-23), аденина в гипоксантин, гуанина в ксантин происходят значительно реже, чем депуринизация, и составляют 10 реакций на один геном в сутки. Исправление этого вида спонтанного повреждения происходит в 5 этапов. В репарации принимает участие ДНК-N-гликозилаза, гидролизующая связи между аномальным основанием и дезоксирибозой (первый этап), в результате образуется АП-сайт, который распознаёт фермент АП-эндонуклеаза (второй этап). Как только в цепи ДНК возникает разрыв, в работу вступает ещё один фермент - АП-экзонуклеаза, который отщепляет от цепи дезоксирибозу, лишённую основания (третий этап). В цепи ДНК появляется брешь размером в один нуклеотид. Следующий фермент ДНК-полимераза р к З'-концу разорванной цепи присоединяет нуклеотид по принципу комплементарности (четвёртый этап). Чтобы соединить два свободных конца (3'-конец встроенного нуклеотида и 5'-конец основной цепи), требуется ещё один фермент - ДНК-лигаза (пятый этап).Нерепарйруемо и поэтому опасно дезаминирование метилированного цитозина. Продукт его спонтанного дезамжнирования - тимин, нормальное для ДНК основание, которое не распознаётся ДНК-N-гликозилазой.

Индуцируемые повреждения. Индуцируемые повреждения возникают в ДНК в результате воздействия разнообразных мутагенных факторов как радиационной, так и химической природы.

Образование димеров пиримидиновых оснований. Под действием УФО двойная связь между С5 и С6 атомами углерода в составе пиримидиновых оснований (тимине и цитозине) может разрываться. Атомы углерода остаются связанными одной связью. Расстояние между параллельными плоскостями оснований полинуклеотидной цепи, в которых произошёл разрыв., равно примерно 3,4 . Это расстояние позволяет освободившимся валентностям между С-С атомами пиримидиновых оснований, расположенных последовательно в цепи ДНК, сформировать циклобутановое кольцо. В зависимости от того, какие основания соединены в димер, их называют димерами тимина, цитозина или ти-мин-цитозиновыми димерами. Удаление пиримидиновых димеров происходит под действием фотолиазы. Фермент расщепляет вновь образовавшиеся связи между соседними пиримидиновыми основаниями и восстанавливает нативную структуру. В фотолиазе есть участок, либо сам поглощающий фотоны (в синей части спектра), либо связывающийся с кофакторами, адсорбирующими свет. Таким образом, свет активирует фотолиазу, которая распознаёт димеры в облучённой ДНК, присоединяется к ним и разрывает возникшие между пиримидиновыми кольцами связи. После этого фермент отделяется от ДНК.

Повреждения оснований ДНК химическими мутагенами. Азотистые основания в ДНК могут подвергаться разнообразным повреждениям: алкилированию, окислению, восстановлению или связыванию основания с формамидными группировками. Репарация начинается с присоединения ДНК-N-гликозилазы к повреждённому основанию. Существует множество ДНК-М-гликозилаз, специфичных к разным модифицированным основаниям. Ферменты гидролитически расщепляют N-гликозидную связь между изменённым основанием и дезоксирибозой, это приводит к образованию АП-сайта в цепи ДНК (первый этап). Репарация АП-сайта может происходить или только при участии ДНК-инсертазы, которая присоединяет к дезоксирибозе основание в соответствии с правилом комплементарности, или при участии всего комплекса ферментов, участвующих в репарации: АП-эндонуклеазы, АП-экзонуклеазы, ДНК-полимеразы β и ДНК-лигазы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53637. Charles Baudelaire “Linvitation au voyage” 47 KB
  Bonjour, mes amis! Enchantè de vous voir. Assejez-vous, s’il vous plaît! Comment ça va? Qui est absent aujourd'hui? Qui est de service? Quelle date sommes-nous aujourd'hui? Quelle jour est-ce? Quelle temps fait-il? Bien.
53638. БАСКЕТБОЛ 110.5 KB
  Упражнение на осанку с мячами ходьба на носках руки мячом вверху ходьба на пятках мяч за головой ходьба в полуприсяде мяч впереди на вытянутых руках 20 шаг. Следить за осанкой подбородок поднять руки выпрямить Контроль осанки соблюдать дистанцию 2 м. 5 Ходьба 12 руки с мячом вверх вдох 34 руки с мячом вниз – выдох 56 раз Восстановление дыхания. ИП – основная стойка ОС руки в замок перед грудью 1 – выпрямить руки вперед кисти от себя 2 – ИП 3 – выпрямить руки вверх кисти вверх 4 – ИП 2.
53639. Военно-промышленный комплекс (ВПК) 41 KB
  Сегодня мы будем изучать Военно-промышленный комплекс ВПК. Вспомним что такое аббревиатура сокращение слов для удобства Скажите какой комплекс мы сегодня изучаем Военно-промышленный комплекс Военно-промышленный комплекс ребята это – система предприятий которые производят и испытывают военную технику оружие и боеприпасы.
53640. План-конспект урока «Настрою гусли на старинный лад…» 201.5 KB
  Оборудование: компьютер медиапроектор презентация Power Point Настою гусли на старинный лад На доске: тема урока Настрою гусли на старинный лад эпиграф: У Баяна вещего бывало Если петь он начинал о ком Мысль как серый волк в степи бежала Поднималась в облака орлом Слово о полку Игореве перевод Н. Выход гусляра Ответы учащихся: гусли. Учитель: К нам на урок пришёл настоящий гусляр Гусляр: Ой вы гусли – то яровчатые Расскажите нашим детушкам Как во старинуто вы игралито Звуки издавали гусли звонкие Как народ вы...
53641. Понятие информации. Характеристика информации 39.5 KB
  Итак тема нашего сегодняшнего урока Информация Кто-нибудь из вас может попробовать сказать мне что такое информация Ученики: выводят определение информации. А теперь давайте запишем определение информации научным языком. А сейчас мы с вами рассмотрим свойства информации.
53642. Компьютерная графика, комбинированный урок 42 KB
  Здравствуйте Отмечаю отсутствующих. Контроль знаний 10 минут Учитель: Сейчас у вас будет проверочная работа в виде теста. Все поняли задание Дети: Да Показываю презентацию дети отвечают на вопросы на каждый вопрос 1 минута Учитель: Теперь сдаем листочки. Учитель: Теперь открываем на рабочем столе документ txt вы видите 2 стихотворения.
53643. У порога и начало первой русской революции 1905-1907 гг 38 KB
  Эти события получили название первая русская революция. Что такое революция В чем она проявляется Дети понимают что им нужно узнать что же такое революция. Учитель предлагает ребятам рассказать как они понимают слово революция для более глубокого осмысления понятия а затем записать грамотное определение понятию революция. Итак ребята что нового мы узнали сегодня на уроке 1Узнали что в 19051907 гг в России произошла революция 2Опираясь на ранее изученный материл вспомнили что такое революция 3Поняли причины произошедшей...
53644. Мы рисуем осень 127.5 KB
  Тема урока: Мы рисуем осень Цель урока: создать условия для сознательного выбора учащимися применения ими выразительных средств для передачи характерных признаков разных периодов осени. Я нарисовал осень и вот что у меня получилось показывает рисунок. А я с ним не согласен я всё знаю Осенью всегда грязно холодно тоскливо всегда идёт дождь никакого настроения нет Ведь правда Учитель: В осени три месяца. Неужели они все одинаковые Осень называют капризным временем года и не случайно.
53645. Декоративно-прикладное искусство в жизни человека 69.08 KB
  Тема урока. Триединая цель урока: воспитание уважения к русским традициям через знакомство с символикой древних славян в ДПИ и применение знаний в практической работе Древо жизни Задачи. Формировать умение работать с бумагой технике вытынанки Тип урока: комбинированный урок Формы организации работы: Общеклассная и индивидуальная.