Репарація ДНК. Класифікація репарацій

Репарація (лат. reparation – відновлення) – здатність клітини до виправлення пошкоджень у молекулах ДНК.

Класифікація репарацій ДНК:

за часом здійснення у клітинному циклі розрізняють:дорепликативну, реплікативну і пострепликативну.

Дорепликативна репарація - процес відновлення пошкодженої нитки ДНК до її подвоєння (частіше всього ферментом лігазою).

Реплікативна репарація -це сукупність процесів відновлення ДНК у ході реплікації. При цьому пошкоджена ділянка видаляється в ході реплікації в зоні росту ланцюга. У забезпеченні високої точності реплікації велика роль належить механізму самокорекції, що здійснюється ДНК – полімеразою або тісно пов’язаним з нею ферментом – ендонуклеазою. Цей процес пов'язаний з визначенням помилково включеного в ланцюг нуклеотида, відщіпленням його і його заміну на відповідний. Внаслідок цього частота помилок знижується у 10 разів (з 10 до 10 ).

Постреплікативна репарація. Її механізм точно не вивчений. При постреплікативній репарації відбувається вирізування пошкодженої ділянки, зшиття кінців, що можуть змінювати таким чином ген. При цьому клітина може зберігати життєдіяльність і передавати дефектну ДНК дочірнім клітинам. Передбачати можливість різних варіантів синтезу ДНК на пошкодженій матриці.

За механізмами розвитку репарації поділяються на: неексцизійну, ексцизійну і рекомбінативну.

Неексцизійна репарація. Фоторепарація. Внаслідок опромінення цілісність молекул ДНК порушуються, оскільки в них виникають димери, тобто зчеплені між собою сусідні піримідинові основи. Димери можуть формуватися між двома тімінами, тіміном і цитозином, двома цитозинами. Однак опромінені клітини на світлі виживають набагато краще, ніж у темряві. Після ретельного аналізу цього явища було встановлено, що у пошкоджених клітинах на світлі відбувається репарація ДНК (фоторепарація). Вона здійснюється спеціальним ферментом ДНК – фотолігазою, що активується квантами видимого світла. Фермент сполучається з пошкодженою ДНК, роз’єднує зв’язки, що виникли в димері,відновлює цілісність нитки ДНК. Фотореактивуючий фермент ДНК-фотолігаза не є видоспецифічним, тобто діє на різні види ДНК. У якості кофермента в ньому є ціанокобаламін (віт.В₁₂), що поглинає кванти видимого світла і передає енергію молекулі ферменту. На ранніх стадіях еволюції живих організмів, коли був відсутній озоновий екран, який затримує велику частину потоку згубних для організмів сонячних ультрафіолетових променів, фоторепарація відігравала особливо важливу роль.

Ексцизійна репарація (вирізаюча). Представляємо одну із вивчених моделей. Яка складається із п’яти послідовних етапів: 1. „розпізнавання” пошкодженої ДНК ендонуклеазою; 2. розрізування ендонуклеазою одного із ланцюгів молекули ДНК поблизу пошкодження; 3. „вирізання” пошкодженої ділянки та її розширення екзонуклеазою; 4. матричний синтез нового ланцюга ДНК полімеразою; 5. з’єднання новоутвореної ділянки з ниткою дНК під впливом фермента ДНК-лігази.

Рекомбінативна репарація. Якщо, буває, що димер тиміну не усувається до рекомбінації, то це може привести до зміни структури дочірніх ДНК. Ці порушення можуть бути усунуті в процесі кросинговеру, але димер при цьому не усувається, він видаляється після реплікації.

Виконайте завдання:

1. Розв’яжіть задачі і дайте відповіді на тестові завдання.

Задача 1. Послідовність нуклеотидів у ланцюжку ДНК:

ААА ГГА ТТЦ ЦАА ЦЦТ АТЦ ГТЦ. Побудуйте відповідну послідовність амінокислот у поліпептиді, якщо відомо 7-11 і 15-17 нуклеотиди інтрони.

Задача 2. Добудуйте фрагмент реплікованої ДНК, якщо відомо, що значущий ланцюжок її складається з наступних нуклеотидів: АААГТАЦЦТГТЦЦ.

Задача 3. Значущий ланцюжок ДНК містить таку послідовність нуклеотидів:

ЦГГАТЦААГТТЦГЦЦЦАТ. Побудуйте відповідну їй іРНК.

Задача 4. Яку послідовність амінокислот кодує молекула іРНК:

АГЦАУГУЦАУГААЦЦГАУ?

Задача 5. До складу молекули ДНК входить 15% аденінових нуклеотидів. Визначити вміст в ній гуанілових, цитиділових і гимиділових нуклеотидів.

Задача 6. Відомо, що в молекулі РНК урацилових нуклеотидів 10%, аденілових 25%, гуанілових 45%, цитидилових 20%. Визначити співвідношення між нуклеотидами ДНК, що служить матрицею для даної РНК.

Завдання 1. Замалювати в альбомі схему процесів реплікації та екзиційної репарації ДНК. Завдання 2. Заповнити таблицю, в якій відображено роль ферментів і інших компонентів в цьому процесі, спираючись на зразок: