Репарация ошибок репликации ДНК

Во время репликации ДНК происходят ошибки спаривания, в результате которых в дочернюю цепь ДНК оказываются включенными нуклеотиды, некомплементарные нуклеотидам материнской цепи. Поскольку ошибки возникают на дочерней цепи, система репарации только на ней должна проводить замену некомплементарных оснований. С целью распознавания материнской и дочерней цепей ДНК система репарации использует различие в их структуре. В материнской цепи ДНК часть азотистых оснований аденина метилирована, в то время как в дочерней цепи сразу после репликации они еще не метилированы. И только через некоторое время после окончания репликации метилазы присоединяют метильные группы к аденинам в последовательностях ГАТЦ. Пока они остаются неметилированными, система репарации распознает дочернюю цепь и исправляет ошибки (рис.).

Репарация ошибок репликации ДНК

РЕКОМБИНАЦИОННАЯ (ПОСТРЕПЛИКАТИВНАЯ)

РЕПАРАЦИЯ ДНК

До начала репликации не все повреждения могут быть залечены. Тогда в процессе репликации при копировании поврежденной (например, при наличии тиминового димера) материнской цепи ДНК в одной из синтезируемых дочерних цепей может образоваться брешь (рис.). Вторая же дочерняя цепь ДНК копируется с неповрежденной материнской цепи ДНК и, следовательно, она не будет дефектной. Чтобы залечить имеющее повреждение, клетка использует фрагмент неповрежденной цепи ДНК для застраивания бреши.

. Рекомбинационная (пострепликативная) репарация ДНК

Результатом рекомбинации является появление теперь уже бреши в исходно неповрежденной цепи, которая далее может быть заполнена ДНК-полимеразой и затем лигирована ДНК-лигазой.

 

 

Рекомбинация ДНК

Перестройки геномов широко распределены в природе. Их результатом является перераспределение генетического материала, приводящее к возникновению новых комбинаций генов. Перестройки геномов могут осуществляться вследствие включения (инсерции) или удаления (делеций) протяженных последовательностей ДНК, инверсий фрагментов ДНК, обмена участками ДНК (рис.).

Перестройки ДНК. А – инсерция и делеция участка ДНК, В – инвесия,С – обмен участками ДНК

Вышеназванные перестройки ДНК являются результатом ее рекомбинации. Под рекомбинацией понимают возникновение новых последовательностей ДНК за счет разрывов и воссоединений молекул. Различают несколько вариантов рекомбинационных процессов: гомологичную (общую), сайтспецифическую и незаконную рекомбинации и транспозиции.

ГОМОЛОГИЧНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ

Этот тип рекомбинации (рис. 9.2А,Б) начинается с одноцепочечных разрывов, осуществляемых ферментом эндонуклеазой. Далее между молекулами ДНК происходит обмен цепями, приводящий к образованию крестообразной структуры (рис. 9.2В), которая получила названия полухиазма Холидея от имени ученого предложившего данный механизм рекомбинации. Затем происходит перемещение точки перекреста цепей вдоль рекомбинирующих молекул ДНК с образованием гетеродуплекса (рис. 9.2Г). Этот процесс осуществляют специфические ферменты. Размеры гетеродуплекса могут достигать нескольких тысяч пар оснований. Далее полухиазма может быть разрезана двумя способами. При одном способе разрыва рекомбинирующие молекулы обмениваются своими частями (рис. 9.2Д,Ж). При другом способе разрыва рекомбинирующие молекулы обмениваются одноцепочечными участками, образовавшими гетеродуплекс (рис. 9.2Е,З).

Рис. 9.2. Гомологичная рекомбинация

Цепи ДНК в гетеродуплексе могут быть не полностью комплементарными. Неспаренные основания могут с помощью репарации заменены на комплементарные. В этом случае информация, записанная в одной из цепей ДНК, исчезнет и заменится на информацию,закодированную в другой цепи. Рассмотренная модель механизма гомологичной рекомбинации характерна как для прокариот, так и для соматических и половых клеток эукариот. В результате гомологичной рекомбинации может происходить: а) инверсия участка ДНК, заключенного между обращенными повторами; б) удаление сегмента ДНК при наличии прямых повторов; в) «неравный кроссинговер» между сестринскими хроматидами, его результатом является утрата фрагмента ДНК в одной хроматиде и его добавление в другой. Биологическое значение гомологичной рекомбинации велико.

Ее результатом является перекомбинация генов, что позволяет организмам постоянно приспосабливаться к среде обитания. Перестройки генетического материала, обусловленные гомологичной рекомбинацией, играют важную роль в регуляции экспрессии генов.