grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Вы здесь

Главная » Физиология » Молекулярная биология » Лекционный курс по Молекулярной биологии

Репарация ДНК

Лекция 16. Репарация ДНК
 
Причины ошибок при синтезе ДНК
Способность ошибаться заложена в самой структуре фермента.
Скорее всего, ферменты, которые не ошибались, были тупиковыми ветвями эволюции. На первых этапах зарождения жизни разнообразие обеспечивалось только такими ошибками.
In vitro происходит 1 ошибка на 100 тыс. нукл. для средней ДНК-полимеразы.
In vitro можно уменьшить вероятность ошибки до 1 на 1млн. нукл., если добавить SSB, геликазу и лигазу.
Можно и увеличить вероятность ошибки до 1 на 100, если дать неадекватное количество субстрата, а также если добавить ионы серебра, бериллия, меди, кобальта, никеля, свинца. Это происходит из-за конкуренции этих ионов с ионами магния за связывание с ДНК-полимеразой.
Еще один способ повышения количества ошибок - добавление аналогов нуклеотидов. Например бромдезоксиуридина - аналога тимидина.
Это одно из средств борьбы со СПИДом и раком. Аналоги одинаково вредны для всех клеток, однако в пораженных вирусом клетках чаще проходит репликация.
 
Этапы проверки
Первичный отбор нуклеотидов идет по принципу комплементарности.
Способностью к этому виду отбора обладают все ДНК-полимеразы благодаря полимеризационной 5'3' активности.
Редактирующий отбор. Его проводят все полимеразы благодаря экзонуклеазной активности 3'5'.
Исправление ошибок в уже синтезированной ДНК. Этим занимаются ферменты репарации.
Вероятность ошибок для ферментов вирусов, про- и эукариот
Объект
Вероятность замены на пару оснований
E.coli
2х10-10
Дрозофила
5х10-11
Фаг Т4
2х10-8
Разницу связывают со скоростью работы фермента. Чем медленней, тем точнее!
 
Основные репарабельные повреждения в ДНК и принципы их устранения
Каждая соматическая клетка теряет за сутки около 10000 пуринов и пиримидинов. В ДНК образуются АП-сайты.
Причины апуринизации: изменение рН, ионизирующее излучение, повышение температуры и т.д.
Разрывается N-гликозидная связь между пуриновым основанием и дезоксирибозой. Если бы апуриновые участки не исправлялись, то была бы катастрофа.
Пиримидины тоже могут отщепляться, но скорость этого процесса на два порядка ниже.
Аденин превращается в гипоксантин, который образует две водород-ные связи с цитозином. Гуанин превращается в ксантин, который образует водородные связи с тимином. При дезаминировании цитозина образуется урацил. Тимин не может быть дезаминирован (единственный в ДНК). Наличие тимина в ДНК (вместо урацила) позволяет отличать дезаминированнный цитозин (т.е. урацил) от законного урацила, если бы он был в ДНК.
N-гликозилаза - фермент, который узнает дезаминированное основание, разрывает N-гликозидную связь и удаляет неправильное основание.
После этого АП-специфическая эндонуклеаза вносит одноцепочечный разрыв, и фосфодиэстераза отщепляет от ДНК ту сахарофосфатную группу, к которой теперь не присоединено основание. Появляется брешь размером в один нуклеотид.
У E. coli она заделывается ДНК-полимеразой I, а лигаза сшивает концы ДНК.
У эукариот брешь заделывает ДНК- полимераза .
ДНК - двуцепочечна в отличие от РНК. Наличие второй цепи обеспечивает исправление ошибок. Дезоксирибоза более устойчива, чем рибоза, к действию щелочи, т.е. при рН > 8, ДНК устойчива, а РНК- нет.
 Под действием ультрафио-летого света происходит ковалентное сшивание рядом стоящих пиримидинов. При сшивании тиминов образуется циклобутановое производное, блокирующее репликацию. Фермент фотолиаза - узнает тиминовые димеры и на свету или в темноте образует с ними комплекс. При освещении видимым светом происходит активация фермента, циклобутановое кольцо разрывается, и вновь получаются два тимина. Этот процесс называется фотореактивацией.
И дезаминированные основания, и тиминовые димеры, кроме того, могут удаляться с помощью эксцизионной репарации.
Специфические эндонуклеазы производят одноцепочечные разрезы (инцизия). Затем происходит удаление (эксцизия) нескольких нуклеотидов и заделывание бреши. У E. сoli заделыванием бреши занимается ДНК-полимераза I. Лигаза сшивает цепь. Она же ликвидирует одноцепочечные разрывы, возникающие при действии ионизирующей радиации.
 У E.coli эксцизионная репарация осуществляется мультиферментным комплексом, включающим белки uvrA, uvrB, uvrC (ultraviolet repair), которые узнают поврежденный участок и вносят 5'- и 3'- разрывы с разных сторон от него, uvrD - геликазу, которая отсоединяет вырезанный олигомер - 12 нуклеотидов, используя энергию АТФ.
У эукариот существует функциональный (но не структурный) аналог такого мультиферментативного комплекса. О-6-метилгуанинтрансфераза - Фермент-"самоубийца".
Имеется 14 позиций, по которым ДНК метелируется.Гуанин может быть метилирован (по кислороду в 6-ом положении) и в такой форме будет связываться не только с цитозином, но и с тимином. Таким образом, в два шага может произойти замена пары Г-Ц на А-Т. Фермент принимает метильную группу на один из 12 цистеиновых остатков и при этом "гибнет".
 
Источники: Дымшиц Г.М. Молекулярная биология: http://www.medliter.ru/?page=get&id=012131
 
Поделиться с друзьями:
Ваша оценка: 
4
Средняя: 4 (3 проголосовавших)