Пострепликативная репарация

Этот способ восстановления целостности ДНК заключается в репарации пробелов, образующихся в дочерних цепях напротив неудаленных до репликации димеров пиримидинов. Основная часть таких пробелов репарируется путем рекомбинационных обменов между двумя материнскими молекулами ДНК. В клетках этот процесс контролируется по крайней мере 17 генами.

Из комплементарной нити сестринской двойной спирали (она была свободна от дефектов), на которой репликация уже завершена, с помощью белка RecA вырезается участок ДНК,равный по длине участку бреши, и встраивается в брешь. Затем лигазы соединяют концы вставленного фрагмента с концами нормально синтезированного участка дочерней нити.

После этого другие ферменты репарации устраняют димер в исходно поврежденной нити, и ДНК становится «залеченной». Одновременно брешь, оставшаяся после вырезания участка из материнской нити, застраивается ДНК – полимеразойI и концы соединяются лигазой.

SOS - репарация

Что случится, если клетка подошла к моменту, когда нужно реплицировать ДНК, но в ней остались повреждения, которые ни одна из описанных выше систем репарации не смогла устранить? Репликация застопорится на первом жe неустраненном повреждении, и если их в ДНК много, клетка должна погибнуть. В этих условиях в клетках активируется еще один кpaйнерискованныймеханизмрепapации, обнаруженный впервые в 1974 г.М. Радманом.

Большая доза УФ – света индуцирует повреждение ДНК (образование Т – Т димера), а также синтез RecA - копротеазы, которая разрезает белок LexA – репрессор оперонаumuD, C. В результате синтезируются белки UmuD и UmuC,они вступают в комплекс с ДНК – полимеразой и RecA, который способен завершить остановившуюся репликацию на поврежденной матрице. При этом напротив повреждений в дочернюю цепь ставятся любые случайные нуклеотиды.

В результате SOS-репарации клетка спасается на этом этапе: ее ДНК оказывается удвоенной, хотя и с ошибкой, и теперь может произойти клеточное деление. Но если из-за этой ошибки жизненно важные функции клетки все-таки пострадают, такая клетка позже все равно погибнет.

С дефектами систем репарации связаны некоторые наследственные болезни человека.

В 1968 г. Дж. Кливер нашел, что причиной неизлечимой болезни пигментной ксеродермии являются дефекты разных репарирующих систем. У носителей болезни под действием обычного солнечного света, в котором всегда присутствуют УФ-лучи, на коже возникают красные пятна, которые постепенно переходят в незарастающую коросту, которая затем трансформируется в раковые опухоли.

В настоящее время известно, что многие другие наследственные болезни человека связаны с повреждениями процессов репарации.

Если в клетке, несмотря на осуществляемую репарацию, количество повреждений структуры ДНК остается высоким, в ней блокируются процессы репликации ДНК. Такая клетка не делится, а значит, не передает возникших изменений потомству.

Вызываемая повреждениями ДНК остановка клеточного цикла в сочетании с невозможностью молекулярной репарации измененного наследственного материала может с участием белка, синтез которого контролируется геном р53, приводить к активации процесса самоликвидации (апоптоз) дефектной клетки с целью устранения ее из организма.

Таким образом, обширный набор различных ферментов репарации осуществляет непрерывный «осмотр» ДНК, удаляя из нее поврежденные участки и способствуя поддержанию стабильности наследственного материала. Совместное действие ферментов репликации (ДНК-полимераза и редактирующая экзонуклеаза) и ферментов репарации обеспечивает достаточно низкую частоту ошибок в молекулах ДНК, которая поддерживается на уровне 1 · 10 ^-9 пар измененных нуклеотидов на геном. При размере генома человека 3 · 10⁹ нуклеотидных пар это означает появление около 3 ошибок на реплицирующийся геном. Вместе с тем даже этот уровень достаточен для образования за время существования жизни на Земле значительного генетического разнообразия в виде генных мутаций.

Лекция № 11

Тема лекции: Природа гена

План лекции:

1. Развитие представлений о гене

2. Аллелизм и критерии аллелизма

3. Тонкая структура гена. Ступенчатый аллелизм, псевдоаллелизм

4. Современное определение гена

5. Оперонный принцип организации генов у прокариот