4 Репарация днк

Организмы и их клетки на протяжении всей своей жизни, а также в ряду поколений должны сохранять свои основные свойства и признаки. Поэтому при делении клеток репликация наследственного материала должна происходить очень точно. Кроме того, наследственный материал должен быть очень устойчивым к внешним воздействиям, способным нарушать структуру ДНК. Но, поскольку случайные нарушения структуры ДНК в процессе репликации и функционирования всё-таки возможны, то должны существовать механизмы, исправляющие эти нарушения. Они получили название репарационных механизмов или просто – репарации.

В зависимости от периода клеточного цикла, в течение которого происходит репарация повреждений ДНК, её подразделяют на пострепликативную и дорепликативную. Пострепликативная репарация – это ферментативный процесс исправление ошибок в ДНК, идущий сразу после её синтеза.

Нарушения структуры молекулы ДНК могут возникать не только в процессе репликации, но и на стадии нереплицирующейся двуспиральной молекулы ДНК. Чтобы сохранять структуру ДНК нормальной, и не позволять повреждениям ДНК реализоваться в виде мутаций, клетка должна исправлять повреждения до того, как ДНК начнёт реплицироваться. Устранение повреждений в двунитевой ДНК с помощью специальных ферментов до начала нового цикла репликации называется дорепликативной репарацией.

По особенностям биохимических механизмов репарации различают прямую, эксцизионную, рекомбинационную и SOS-репарацию. Каждая из них реализуется с помощью определенного набора ферментов.

I Прямая коррекция мутационных повреждений

Прямая репарация – это наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы ферменты, способные быстро (обычно – в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов.

1.Самокоррекция ДНК-полимеразой

Самокоррекция – это отщепление ДНК-полимеразой ошибочно включенного в цепь ДНК нуклеотида, не спаренного с матрицей и присоединение комплементарного нуклеотида. ДНК-полимераза отбирает нужные нуклеотиды из имеющихся в нуклеоплазме нуклеозидтрифосфатов (АТФ, ТТФ, ГТФ, ЦТФ), присоединяет их к матричной цепи ДНК и химически связывает в растущую дочернюю цепь. Частота включения неправильных нуклеотидов на этой стадии составляет 1∙10^–5 пар оснований. Это происходит из-за возникновения химически измененных форм азотистых оснований, которые образуют «незаконные» пары с основаниями материнской цепи. Примером может служить измененная форма цитозина, которая вместо гуанина связывается водородными связями с аденином. В результате этого в растущую цепь ДНК включается ошибочный нуклеотид. Быстрый переход измененной формы такого основания в обычную форму нарушает его связывание с матрицей. В результате появляется неспаренный 3'-ОН-конец растущей цепи ДНК. В этой ситуации включается механизм самокоррекции, осуществляемый ДНК-полимеразой. Было установлено, что большинство бактериальных полимераз кроме полимеризующей активности в направлении 5'→3' имеет ещё и экзонуклеазную активность в направлении 3'→5'. Если встраивается «неправильный» нуклеотид, ошибка чаще всего (хотя и не всегда) распознается полимеразой, вероятно, из-за того, что в этом месте в двойной спирали образуется пузырь или впячивание. «Неправильный» нуклеотид не может сформировать водородную связь с комплементарным основанием. Поэтому полимераза не может добавить новый нуклеотид к растущему 3'-ОН-концу. Процесс репликации останавливается до тех пор, пока «неправильный» нуклеотид не будет удален полимеразой, и на его место ею не будет поставлен нужный. В результате самокоррекции частота ошибок снижается в 10 раз (с 10^–5 до 10^–6). У эукариотических ДНК-полимераз 3'→5'-экзонуклеазной активности не обнаружено.