Për të ruajtur karakteristikat kryesore të një qelize ose organizmi gjatë gjithë jetës së tyre, si dhe në një numër gjeneratash, materiali trashëgues duhet të jetë rezistent ndaj ndikimeve të jashtme ose duhet të ketë mekanizma për korrigjimin e ndryshimeve që ndodhin në të. Të dy faktorët përdoren në jetën e egër. Faktori i tretë është saktësia e kopjimit të sekuencave nukleotide të ADN-së së nënës gjatë replikimit të saj.

Figura: 3. 13. Proteinat e përfshira në procesin e replikimit të ADN-së

Helikaza e ADN-së zhvesh spiralin e dyfishtë të ADN-së, duke ndarë zinxhirët e saj polinukleotidikë; proteinat destabilizuese drejtojnë një pjesë të zinxhirit të ADN-së; Topoizomeraza e ADN-së prish lidhjen fosfodestrike në një nga zinxhirët polikarbonat të ADN-së, duke lehtësuar stresin e shkaktuar nga zgjidhja e spirales dhe divergjencës së zinxhirëve në pirunin e replikimit; Primaza e ARN-së sintetizon abetaret e ARN-së për fillesën bijë dhe për secilin fragment Okazaki; ADN polimeraza kryen sintezën e vazhdueshme të fijes drejtuese dhe sintezën e fragmenteve Okazaki të fillesës që mbetet; Ligaza e ADN-së ligaton fragmentet Okazaki pasi heqin abetaren e ARN-së

Për sa i përket reaktivitetit, molekulat e ADN-së klasifikohen si substanca kimikisht inerte. Dihet që roli i një substance të trashëgimisë mund të luhet jo vetëm nga ADN-ja, por edhe nga ARN (disa viruse). Besohet se zgjedhja në favor të ADN-së është për shkak të reaktivitetit të saj më të ulët krahasuar me ARN-në.

Mekanizmi i replikimit i diskutuar më sipër dallohet nga një besnikëri jashtëzakonisht e lartë e riprodhimit të strukturës së ADN-së. Me dyfishimin e ADN-së, gabimet ndodhin mesatarisht me një frekuencë prej 1 · 10 -6 çifte bazash plotësuese.

Në ruajtjen e saktësisë së lartë të replikimit, një rol i rëndësishëm i takon kryesisht enzimës ADN polimeraza. Kjo enzimë zgjedh nukleotidet e nevojshme nga trifosfatet nukleozide (ATP, TTF, GTP, CTP) të pranishme në lëngun bërthamor, ngjitjen e tyre të saktë në fijen e ADN-së shabllone dhe përfshirjen e tyre në fijen e vajzës në rritje (shih Fig. 3.10). Frekuenca e përfshirjes së nukleotideve të pasakta në këtë fazë është 1 · 10 -5 çifte bazash.

Gabime të tilla në punën e ADN polimerazës shoqërohen me shfaqjen e formave të ndryshuara të bazave azotike, të cilat formojnë çifte "të paligjshme" me bazat e zinxhirit prind. Për shembull, një formë e ndryshuar e citozinës në vend të guaninës është hidrogjen i lidhur me adeninën. Si rezultat, një nukleotid i gabuar përfshihet në fillesën e ADN-së në rritje. Kalimi i shpejtë i formës së ndryshuar të një baze të tillë në atë të zakonshme prish lidhjen e saj me matricën dhe shfaqet një fund i pa çiftuar 3 "OH i zinxhirit në rritje të ADN-së. Në këtë situatë, mekanizmi i vetë-korrigjimitkryhet nga ADN polimeraza (ose një endonukleazë redaktuese e një enzime të lidhur ngushtë). Vetë-korrigjimi konsiston në copëtimin e një nukleotidi të përfshirë gabimisht në fijen e ADN-së që nuk çiftëzohet me matricën (Fig. 3.14). Vetë-korrigjimi rezulton në një reduktim 10-fish në normën e gabimit (nga 10 -5 në 10 -6).

Përkundër efektivitetit të vetë-korrigjimit, gjatë replikimit, pas dyfishimit të ADN-së, zbulohen gabime në të. Kjo vërehet veçanërisht shpesh kur shqetësohet përqendrimi i katër trifosfateve nukleozidë në substratin përreth. Një pjesë e konsiderueshme e ndryshimeve ndodh edhe në molekulat e ADN-së si rezultat i proceseve që ndodhin spontanisht të lidhura me humbjen e bazave të purinës - adeninës dhe guaninës (apurinizimi) - ose deaminimi i citozinës, e cila shndërrohet në uracil. Frekuenca e ndryshimeve të fundit arrin 100 për gjenom / ditë.

Bazat që përmbahen në ADN mund të ndryshohen nga përbërjet reaktive që prishin çiftimin e tyre normal, si dhe nga rrezatimi ultraviolet, i cili mund të shkaktojë formimin e një lidhje kovalente midis dy mbetjeve të timinës ngjitur në ADN (dimerat e timines). Këto ndryshime në ciklin tjetër të replikimit duhet të çojnë ose në humbjen e çifteve bazë në ADN-në e vajzës, ose në zëvendësimin e disa çifteve nga të tjerët. Këto ndryshime shoqërojnë vërtet çdo cikël të replikimit të ADN-së, por frekuenca e tyre është shumë më e ulët sesa duhet. Kjo pasi shumica e ndryshimeve të këtij lloji eliminohen për shkak të veprimit të mekanizmit dëmshpërblimet (rikuperimi molekular) i sekuencës origjinale të nukleotidit të ADN-së.

Mekanizmi i riparimit bazohet në praninë e dy fijeve plotësuese në molekulën e ADN-së. Shtrembërimi i sekuencës nukleotidike në njërën prej tyre zbulohet nga enzimat specifike. Pastaj rajoni përkatës hiqet dhe zëvendësohet me një të ri të sintetizuar në fijen e dytë plotësuese të ADN-së. Kjo riparim quhet ekscizionale, ato. me "prerje" (Fig. 3.15). Shtë kryer para ciklit tjetër të replikimit, prandaj quhet edhe parapjesore.

Figura: 3.14. Diagrami i procesit të korrigjimit për sintezën e ADN-së:

Une-përfshirja në zinxhirin e ADN-së të një nukleotidi me një formë të ndryshuar (tautomerike) të citoinës, e cila “paligjshëm” çiftohet me adeninën; II- kalimi i shpejtë i citozinës në formën e saj normale prish çiftëzimin e saj me adeninën; 3'-OH-fundi i pa çiftuar i zinxhirit të sintetizuar parandalon zgjatjen e tij të mëtejshme nën veprimin e ADN polimerazës; III -ADN polimeraza heq nukleotidin e paligjshëm, duke rezultuar në rishfaqjen e çiftuar me shabllonin 3 "- Fundi i OH; IV - ADN polimeraza vazhdon të ndërtojë zinxhirin në fundin 3 "-OH

Rivendosja e strukturës origjinale të ADN-së kërkon pjesëmarrjen e një numri enzimash. Një pikë e rëndësishme në fillimin e mekanizmit të riparimit është zbulimi i një gabimi në strukturën e ADN-së. Shpesh, gabime të tilla ndodhin në një zinxhir të sintetizuar rishtas gjatë replikimit. Enzimat riparuese duhet të zbulojnë pikërisht këtë zinxhir. Në shumë specie të organizmave të gjallë, fillesa e ADN-së e sintetizuar rishtas ndryshon nga shkalla amtare e metilimit të bazave të tij azotike, e cila mbetet pas sintezës. Në këtë rast, zinxhiri i pametiluar riparohet. Prishjet në zinxhirin e ADN-së gjithashtu mund të shërbejnë si objekt i njohjes nga enzimat riparuese. Në organizmat më të lartë, ku sinteza e ADN nuk ndodh vazhdimisht, por nga replikone individuale, fillesa e ADN-së e sintetizuar rishtas ka thyerje, gjë që bën të mundur njohjen e tij.

Rivendosja e strukturës së ADN-së me humbjen e bazave të purinës në një nga zinxhirët e saj përfshin zbulimin e një defekti duke përdorur enzimën endonukleaza, e cila prish lidhjen fosfoester në vendin e dëmtimit të zinxhirit. Pastaj rajoni i ndryshuar me disa nukleotide fqinje hiqet nga enzima ekzonukleaza, dhe në vend të saj, në përputhje me renditjen e bazave të fijes plotësuese, formohet sekuenca e saktë e nukleotidit (Fig. 3.15).

Figura: 3.15. Skema e riparimit ekscizional, para-replikues të ADN-së

Kur njëra prej bazave në zinxhirin e ADN-së ndryshohet, rreth 20 enzima të glikozilazës së ADN-së përfshihen në restaurimin e strukturës origjinale.Ato njohin në mënyrë specifike dëmin e shkaktuar nga deaminimi, alkilimi dhe transformimet e tjera strukturore të bazave. Bazat e tilla të modifikuara hiqen. Shfaqen zona pa baza, të cilat riparohen, si me humbjen e purinave. Nëse restaurimi i strukturës normale nuk kryhet, për shembull, në rastin e deaminimit të bazave azotike, disa çifte bazash plotësuese zëvendësohen nga të tjera - çifti C-G mund të zëvendësohet nga çifti T-A, etj. (shih pjesën 3.4.2.3).

Formimi i dimerëve të timines (T-T) në zinxhirët polinukleotid nën ndikimin e rrezeve UV kërkon pjesëmarrjen e enzimave që njohin jo baza individuale të ndryshuara, por dëmtime më të zgjeruara të strukturës së ADN-së. Procesi riparues në këtë rast shoqërohet gjithashtu me heqjen e rajonit që mban dimerin dhe rivendosjen e sekuencës normale nukleotide nga sinteza në fijen plotësuese të ADN-së.

Në rastin kur sistemi i riparimit ekscizional nuk korrigjon ndryshimin që ka lindur në një fije ADN-je, gjatë replikimit, ky ndryshim është i fiksuar dhe bëhet pronë e të dy fijeve të ADN-së. Kjo çon në zëvendësimin e një çifti nukleotidësh plotësues me një tjetër, ose në shfaqjen e ndërprerjeve (boshllëqeve) në fijen e sapo sintetizuar kundër rajoneve të ndryshuara. Rivendosja e strukturës normale të ADN-së në këtë rast mund të ndodhë edhe pas replikimit.

Riparimi post-replikues kryhet me rekombinim (shkëmbim fragmentesh) ndërmjet dy helikave të dyfishta ADN të sapoformuar. Një shembull i riparimit të tillë post-replikues është restaurimi i strukturës normale të ADN-së me shfaqjen e dimerëve të timines (T-T), kur ato nuk eliminohen spontanisht nën veprimin e dritës së dukshme ( riparimi i dritës) ose gjatë riparimit ekscizional para-replikues.

Lidhjet kovalente që lindin midis mbetjeve fqinje të timinës i bëjnë ato të paaftë për tu lidhur me nukleotidet plotësuese. Si rezultat, shfaqen thyerje (boshllëqe) në fijen e ADN-së së sintetizuar rishtas, të cilat njihen nga enzimat riparuese. Rivendosja e integritetit të një zinxhiri të ri polinukleotid të një prej ADN-ve të vajzave kryhet me rekombinim me zinxhirin përkatës normal të nënës të ADN-së tjetër të vajzës. Boshllëku i formuar në zinxhirin e nënës plotësohet më pas me sintezë në zinxhirin plotësues polinukleotid (Fig. 3.16). Shkëmbimi i vëzhguar shpesh i materialit midis kromatidave motra mund të konsiderohet si një manifestim i riparimit të tillë post-replikues, i kryer nga rekombinimi midis zinxhirëve të dy molekulave të ADN-së bijë (Fig. 3.17).

Figura: 3.16. Skema e riparimit post-replikues të ADN-së:

Une- paraqitja e një dimeri timine në njërën nga fijet e ADN-së;

II - formimi i një "boshllëku" në zinxhirin e sapo sintetizuar kundër pjesës së ndryshuar të molekulës mëmë pas replikimit (shigjeta tregon mbushjen pasuese të "boshllëkut" me një pjesë nga zinxhiri përkatës i molekulës së dytë të ADN-së bijë);

III - rivendosja e integritetit të zinxhirit bijë të molekulës së sipërme për shkak të rekombinimit dhe në molekulën e poshtme për shkak të sintezës në zinxhirin plotësues

Figura: 3.17. Shkëmbimet interkromatidike (të treguara me shigjeta)

Gjatë riparimit para-replikues dhe post-replikues, pjesa më e madhe e dëmtimit të strukturës së ADN-së rikthehet. Sidoqoftë, nëse ndodh shumë dëm në materialin trashëgues të qelizës dhe disa prej tyre nuk eliminohen, sistemi i enzimave të riparimit të induktuar (stimuluar) (sistemi SOS) aktivizohet. Këto enzima plotësojnë boshllëqet, duke rivendosur integritetin e zinxhirëve polinukleotidë të sintetizuar pa respektuar në mënyrë rigoroze parimin e komplementaritetit. Kjo është arsyeja pse ndonjëherë vetë proceset e riparimit mund të shërbejnë si një burim i ndryshimeve të përhershme në strukturën e ADN-së (mutacionet). Reagimi i emërtuar gjithashtu i referohet sistemit SOS.

Nëse sasia e dëmtimit të strukturës së ADN-së mbetet e lartë në qelizë, pavarësisht nga riparimi që po kryhet, proceset e replikimit të ADN-së bllokohen në të. Një qelizë e tillë nuk ndahet, që do të thotë se nuk transmeton ndryshimet që kanë lindur te pasardhësit.

Arrestimi i ciklit qelizor të shkaktuar nga dëmtimi i ADN-së, i kombinuar me pamundësinë e riparimit molekular të materialit të trashëguar të ndryshuar, me pjesëmarrjen e një proteine \u200b\u200bsinteza e së cilës kontrollohet nga gjeni p53, mund të çojë në aktivizimin e procesit të vetë-shkatërrimit (apotosis) të një qelize të dëmtuar në mënyrë që ta eliminojë atë nga trupi.

Kështu, një gamë e gjerë e enzimave të ndryshme riparuese kryen një "inspektim" të vazhdueshëm të ADN-së, duke hequr zonat e dëmtuara prej saj dhe duke ndihmuar në ruajtjen e qëndrueshmërisë së materialit trashëgues. Veprimi i kombinuar i enzimave të replikimit (polimeraza e ADN-së dhe endonukleaza redaktuese) dhe enzimat riparuese siguron një shpejtësi mjaft të ulët gabimi në molekulat e ADN-së, e cila ruhet në nivelin e 1 · 10 -9 çifteve të nukleotideve të ndryshuara për gjenom. Me madhësinë e çiftit nukleotid të gjenomit njerëzor 3 · 10 9, kjo nënkupton shfaqjen e rreth 3 gabimeve për gjenom të replikuar. Në të njëjtën kohë, edhe ky nivel është i mjaftueshëm për formimin e një larmie të konsiderueshme gjenetike në formën e mutacioneve të gjeneve gjatë ekzistencës së jetës në Tokë.

Riparimi i ADN-së

Sistemet e riparimit

2 Riparimi ekscizional. Shembuj dhe lloje

3 Riparimi i gabimeve të replikimit të ADN-së

4 Riparimi rekombinant (post-replikues) te bakteret

5 Riparimi i SOS

Sistemet e riparimit të ADN-së janë mjaft konservatore në evolucionin nga bakteret tek njerëzit dhe janë më të studiuara në E. coli.

Njihen dy lloje të riparimit:drejt dhe ekscizional

Riparimi i drejtpërdrejtë

Riparimi i drejtpërdrejtë është mënyra më e thjeshtë për të riparuar dëmtimet në ADN, e cila zakonisht përfshin enzima specifike që mund të rregullojnë shpejt (zakonisht në një fazë) dëmin përkatës, duke rivendosur strukturën origjinale të nukleotideve.

1. Kështu është, për shembull,O6-metilguaninë-ADN-metiltransferazë

(enzima është vetëvrasëse), e cila largon grupin metil nga baza azotike në një nga mbetjet e veta të cisteinës

E. coli mund të sintetizojë deri në 100 molekula të kësaj proteine \u200b\u200bnë 1 min. Proteina e eukariotëve më të lartë, e ngjashme në funksion, padyshim që luan një rol të rëndësishëm në mbrojtjen kundër kancerit të shkaktuar nga faktorë të brendshëm dhe të jashtëm alkilues.

Insertaza e ADN-së

2. Insertimet e ADN-së

fotoliaza

3. Dimerët e timines “qëndisen” nga reparazzi i drejtpërdrejtë me protagonistfotoliazëkryerjen e shndërrimit përkatës fotokimik. Fotoliazat e ADN-së janë një grup i enzimave të aktivizuara nga drita me një gjatësi vale prej 300 - 600 nm (rajoni i dukshëm), për të cilat ekziston një qendër e veçantë e ndjeshme ndaj dritës në strukturën e tyre.

Ato janë të përhapura në natyrë dhe gjenden te bakteret, majaja, insektet, zvarranikët, amfibët dhe njerëzit. Këto enzima kërkojnë një shumëllojshmëri të bashkëfaktorëve (FADH, acid tetrahidrofolik, etj.) Të përfshirë në aktivizimin fotokimik të enzimës. Photolyase E. coli është një proteinë 35 kDa që është e lidhur fort oligoribonukleotidi i gjatë 10-15 nukleotidee nevojshme për aktivitetin e enzimës.

Shembuj të riparimit të drejtpërdrejtë

1. Baza e metiluarO 6- mG dimetiluar nga enzima metiltransferazësO6-metilguaninë-ADN-metiltransferazë (një enzimë vetëvrasëse) që transferon një grup metil në një prej mbetjeve të tij

cisteina

2. Vendet e AP mund të rregullohen me futjen e drejtpërdrejtë të purinave me pjesëmarrjen e enzimeve të quajturaInsertimet e ADN-së (nga anglishtja insert - insert).

SKEMA E SHEMBULLIT T RE Riparimit Direkt të Dëmtimit në ADN - baza e metiluar O6- mG demilizuar nga enzima metiltransferaza, e cila transferon një grup metil në një nga mbetjet e aminoacideve të cisteinës.

3. Fotoliaza lidhet me dimerin e timines dhe pas rrezatimit të këtij kompleksi me dritë të dukshme (300-600 nm), dimeri zgjerohet

SKEMA E SHEMBULLIT T RE Riparimit Direkt të Dëmtimit në ADN - Potoliaza

ngjitet në dimerin e timines dhe, pas rrezatimit me spektrin e dukshëm të dritës, ky dimer zgjerohet

Riparimi ekscizional

(nga prerja anglisht - prerje).

PFRKUFIZIMI

Riparimi ekscizional përfshin fshirje bazat e dëmtuara azotike nga ADN dhe rimëkëmbjen pasuese struktura normale e molekulës.

MEKANIZMI

Disa enzima zakonisht përfshihen në riparimin ekscizional dhe vetë procesi ndikon

jo vetëm i dëmtuar ,

por edhe nukleotidet fqinje .

KUSHTET

Për riparimin ekscizional, kërkohet një fije e dytë (plotësuese) e ADN-së. Një skemë e përgjithshme e thjeshtuar e riparimit ekscizional është treguar në Fig. 171

HAPAT

Hapi i parë në riparimin ekscizional është prerja e bazave jonormale azotike. Katalizohet nga një grupADN-N-glikozilaza - enzimat që prishin lidhjen glikozidike midis deoksiribozës dhe bazës azotike.

SHENIM I RORTNDSISHM:

KanënjerëzoreADN-N-glikozilaza kanë një specifikë të lartë të substratit: enzimat e ndryshme të kësaj familje njohin dhe priten arsye të ndryshme anormale (8-oksoguaninë, uracil, metilpurinë, etj.).

KanëbakteretADN-N-glikozilazanuk posedon një specifikë të tillë të substratit

ENZIMET E RIPARIMIT T PRGJITHSHM

HAPAT SPECIFIK SE SEKUCIONAL T K MTIJ MEKANIZMI:

Si rezultat i veprimit ADN- N-glikozilaza formohet një vend AP, i cili sulmohet nga një enzimë Endonukleaza e AP... Ai thyen shtyllën kurrizore të sheqer-fosfatit të molekulës së ADN-së në vendin e AP dhe në këtë mënyrë krijon kushte që enzima tjetër të funksionojë - ekzonukleaza, i cili në mënyrë sekuenciale çan disa nukleotide nga rajoni i dëmtuar i një fije ADN-je.

Në qelizat bakteriale hapësira e lirë është e mbushur me nukleotidet përkatëse me pjesëmarrje ADN polimeraza Iduke u përqendruar në vargun e dytë (plotësues) të ADN-së.

Meqenëse ADN polimeraza I është në gjendje të zgjasë skajin 3 "të njërës prej fijeve në thyerjen e ADN-së me dy fije dhe të heqë nukleotidet nga skaji 5" i së njëjtës pushim,

ato. kuptoj "Transmetim i mirë" , kjo enzimë luan një rol kryesor në riparimin e ADN-së. Kryhet qepja përfundimtare e zonave të riparuara Ligaza e ADN-së.

Në qelizat eukariote (gjitare)

Riparimi i ADN-së ekscizionale në qelizat e gjitarëve shoqërohet nga një rritje e mprehtë e aktivitetit të një enzime tjetër -poli ADP-riboza polimeraza ... Kur kjo të ndodhë Ribosilimi ADP i proteinave të kromatinës (histone dhe proteina jo-histone), e cila çon në një dobësim të lidhjes së tyre me ADN dhe hap aksesin për të riparuar enzimat.

Dhurues ADP-riboza në këto reagime shfaqetNAD +, rezervat e të cilave shterojnë rëndë gjatë riparimit ekscizional të dëmit të shkaktuar nga rrezatimi me rreze X:

Mbetje të ngarkuara negativisht ADP-riboza nga përbërja e brendshme e molekulës NAD + bashkohen përmes një radikaliglutamikeacid ose fosfoserina tek proteinat e kromatinës, gjë që çon në neutralizimin e ngarkesave pozitive të këtyre proteinave dhe dobësimin e kontaktit të tyre me ADN-në.

CILA ISSHT GRUPI ENZIMOR

Glikozilaza e ADN-së

çan lidhjen glikozidike midis deoksiribozës dhe bazës azotike

duke çuar në prerje të bazave jonormale azotike

Glikozilaza e ADN-së përfshihen në eliminimin e dëmtimit oksidativ të ADN-së në qeliza prokariote dhe eukariote, janë shumë të larmishme dhe ndryshojnë në specifikën e substratit, strukturën hapësinore dhe mënyrat e ndërveprimit me ADN-në.

Glukozilazat më të studiuara të ADN-së përfshijnë:

endonukleaza III (EndoIII),

format e amido pirimidinës-ADN-glikozilazës (Fpg),

Mut T dhe

Mut Y colibacillus.

Endonukleaza III E. coli njeh dhe veçohet në mënyrë specifike nga ADN-ja oksidohet bazat e pirimidinës.

Kjo enzimë është një proteinë globulare monomerike e përbërë nga 211 aminoacide mbetjet (pesha molekulare 23,4 kDa). Gjeni që kodifikon Endo III është sekuencuar dhe sekuenca e tij nukleotide është krijuar. Endo III është proteina squfuri hekuri [(4 Fe -4 S ) 2 + -proteinë], e cila ka një element struktura supera-sekondare lloji "çelësi grek" (spirale - furrë - spirale), që shërbejnë për lidhjen me ADN-në... Enzimat me specifikë të ngjashme të substratit dhe sekuencë të ngjashme aminoacide u izoluan gjithashtu nga demit dhe qelizave njerëzore.

Formoni glikozilazë amido piridinë-ADN E. coli "njeh" dhe copëton heterociklike të oksiduar bazat purine .

Skema e fazës së riparimit të ekscizionit 1

ADN-jaN

SKEMA E RIPARIMIT T EX EKZISIONIT

1 ADNN glikozidaza largon bazën e dëmtuar

Endonukleaza AR bën një thyerje të ADN-së

2 Ekzonukleaza heq një numër nukleotidesh

3 ADN polimeraza mbush zonën e zbrazur me komplementare

Mononukleotidet

ADN-ligaza lidh fijen e ADN-së së riparuar

Mut T - një proteinë e vogël me peshë molekulare 15 kDa, e cila ka aktivitet nukleozid trifosfataza, e cila është kryesisht hidrolizon dGTP në dGMP dhe pirofosfat.

Roli biologjik i Mut T është për të parandaluar formimin e çifteve jo-kanonike gjatë replikimitA: G dhe A: 8-okso-G.

Çifte të tilla mund të shfaqen kur formë e oksiduar

dGTP (8-okso-dGTP) bëhet nënshtresëADN polimeraza.

Mut T hidrolizon 8-okso-dGTP 10 herë më shpejt se dGTP.

Po 8-okso-dGTP substrati më i preferuarMutT dhe shpjegon rolin e tij funksional.

Mut Y është një adeninë-ADN-glukozilazë specifike që çan lidhjen N-glikozidike midis adeninës dhe deoksiribozës adenozina, duke formuar një çift jo-kanonik me guaninë.

Roli funksional i kësaj enzime është të parandalojë mutacionin

T: A - G: A nga ndarjen e mbetjeve të paprekura adeninanga çifti bazë A: 8-okso-G.

Riparimi i prerjes nukleotide

(Mekanizmi i varur nga ATP për heqjen e dëmtimeve nga ADN-ja)

Kohët e fundit, në riparimin ekscizional, vëmendje e veçantë i është kushtuar mekanizmit të varur nga ATP për heqjen e lezioneve nga ADN-ja. Ky lloj i riparimit të prerjes quhet riparim i prerjes nukleotide (NER).

Ai përfshin DY HAPA :

1. heqja nga ADN-jafragmente oligonukleotide që përmbajnë dëmtime, dhe

Ekzinukleaza

2. rindërtimi pasues i zinxhirit ADN me pjesëmarrjen e një kompleksi të enzimave (nukleaza, ADN polimeraza, ADN ligaza, etj.).

Ndodh heqja e një fragmenti të ADN-së në të dy anët e dëmtuara nukleotidi. Gjatësia e fragmenteve oligonukleotide të larguara ndryshon midis prokariotëve dhe eukariotëve.

Heqja e fragmentit të ADN-së në prokariotë

Kështu, në E. coli, B. subtilus, Micrococcus luteus, një fragment i gjatësisë 12-13 nukleotidet,

Heqja e një fragmenti të ADN-së në eukariotë

dhe në maja, amfibët dhe njerëzit - një fragment i përbërë nga 24-32 nukleotidet.

Ekzinukleaza- një enzimë që heq fragmentet e ADN-së

Fragmenti i ADN-së copëtohet nga një enzimëekzinukleaza(eksinukleaza). Në E. coli, kjo enzimë përbëhet nga 3 protomerë të ndryshëm -

uvrA

uvr B

uvr C

secila prej të cilave kryen një funksion specifik gjatë copëtimit ekscizional të një fragmenti ADN-je. Emrat e këtyre proteinave jepen nga shkronjat e para të fjalëve"riparimi ultra vjollcë".

Uvr Një protometër posedon aktivitetin ATPase, lidhet me ADN-në në formën e një dimeri, duke kryer

njohja fillestare e dëmit dhe

detyruesuvr B

Protometër Uvr B posedon:

1 Latente Aktiviteti ATP-ase dhe helikaza e fshehur e nevojshme për ndryshimet konformacionale dhe zgjidhjen e spirales së dyfishtë të ADN-së;

2. Endonukleaza aktivitet, duke çarë lidhjen internukleotide (fosfodiester) nga anaZ "-fund fragment i ndashëm.

Protomeri i Uvr Cvepron si endonukleazaduke bërë një thyerje në fillesën e ADN-së së riparuar me5 "-fund prerë fragmentin.

Kështu, protomeretuvr A, uvr B, uvr C bashkëveprojnë me ADN-në në një sekuencë specifike, duke kryer një reaksion të varur nga ATPcopëtimi i një fragmenti oligonukleotid nga fillesa e ADN-së së riparuar.

Hendeku që rezulton në molekulën e ADN-së rikthehet me pjesëmarrjen e ADN-polimerazës I dhe ADN-ligazës. Një model i riparimit ekscizional me pjesëmarrjen e enzimave të mësipërme është treguar në Fig. 172

Riparimi ekscizional te njerëzit

Riparimet ekscizionale te njerëzit janë gjithashtu të varura nga ATP dhe përfshijnëtre faza kryesore :

njohja e dëmit,

prerja e dyfishtë e vargut të ADN-së,

sinteza reduktive dhe

lidhja e zinxhirit të riparuar.

Sidoqoftë, riparimi ekscizional i ADN-së njerëzore përfshin

25 polipeptide të ndryshme ,

16 prej të cilave marrin pjesë në copëtimin e fragmentit oligonukleotid, duke qenë protomereekzinukleaza,

dhe te tjerët 9 kryhet sinteza e rajonit të riparuar të molekulës

Në sistemin e riparimit të ADN-së tek njerëzit, proteinat e transkriptimit luajnë një rol shumë të rëndësishëm -

ARN polimeraza II dhe

TF Mon - një nga gjashtë faktorët kryesorë të transkriptimit eukariote.

Duhet të theksohet se riparimi ekscizional në prokariotë, si te eukariotët, varet nga gjendja funksionale e ADN-së:

aDN e transkriptuar riparohet më shpejt,

sesa në mënyrë transkriptuese joaktiv

Ky fenomen shpjegohet nga faktorët e mëposhtëm:

struktura e kromatinës,

homologji e zinxhirëve të rajoneve të ADN-së të transkriptuara,

efekti i dëmtimit të zinxhirit dhe efekti i tij në ARN polimerazë.

SHENIM I RORTNDSISHM:

ZINXHIRI I KODIMIT T DNA ADN-së

ZINXHI MATRIX i ADN-së (informacioni kopjohet prej tij)

Dihet që dëmtime të tilla të mëdha si formimi i dimerit timin, bllokoni transkriptimin si në baktere ashtu edhe në njerëz, nëse ato ndodhin më zinxhiri i matricës ADN (dëmtimi i kodimi zinxhirë nuk ndikojnë në kompleksin e transkriptimit). ARN polimeraza ndalet në vendin e dëmtimit të ADN-së dhe bllokon punën e kompleksit të transkriptimit.

Faktori i bashkimit të riparimit transkriptues (TRCF) .

Në E. coli, përmirësimi i riparimit gjatë transkriptimit ndërmjetësohet nga një proteinë e veçantë -faktori i lidhjes transkriptuese (TRCF) .

Kjo proteinë kontribuon :

1. shkyçja e ARN polimerazës nga ADN-ja

2. Në të njëjtën kohë stimulon formimin e një kompleksi të proteinave,

Kryerja e riparimit të zonës së dëmtuar.

Në fund të riparimit, ARN polimeraza merr përsëri në vend dhe transkriptimi vazhdon (shih Fig.).

Pra, skema e përgjithshme e riparimit ekscizional

1. ADN-N -glikozilaza largon bazën e dëmtuar

2. Endonukleaza e AP bën një ndërprerje në zinxhirin e ADN-së

3. Ekzonukleaza heq një numër nukleotidesh

4. ADN polimeraza mbush zonën e zbrazur

Nukleotidet plotësuese

5. ADN-ligaza lidh fillin e riparuar të ADN-së

Riparimi i gabimeve të replikimit të ADN-së

me metilim

Gabimet në çiftimin e bazave azotike gjatë replikimit të ADN-së ndodhin mjaft shpesh (në baktere, një herë në 10 mijë nukleotide), si rezultat i të cilavenë fillesën bijë të ADN-së përfshihen nukleotidet jo-plotësues të nukleotideve të zinxhirit prind -mospërputhjet (Anglisht mismatch n e të përputhen).

Përkundër faktit qëADN polimeraza I prokarioti ka aftësinë për të vetë-korrigjuar, përpjekjet e tij për të eleminuar nukleotidet e bashkangjitura gabimisht ndonjëherë nuk janë të mjaftueshme, dhe pastaj disa çifte të pasakta (jo-plotësuese) mbeten në ADN.

Në këtë rast, dëmshpërblimi ndodh duke përdorur një sistem të caktuar të lidhur me tëmetilimi i ADN-së ... Veprimi i këtij sistemi riparimi bazohet në faktin se pas replikimit, pas një kohe të caktuar (disa minuta), ADN i nënshtrohet metilimit.

E. coli metiluar në thelb adenina me edukim

N6-metil-adenina (N6-mA).

Deri në këtë pikë, e sintetizuar rishtas(filial) zinxhiri mbetet i paimiluar.

Nëse një zinxhir i tillë përmban nukleotide të çiftëzuara, atëherë ajo pëson riparim: Kështuetiketat e metilimit ADN dhe

përfshin sistemin e korrigjimit të gabimit replikim

Në këtë sistem të dëmshpërblimit, strukturat e veçanta njihen:

sekuencaG-N6-mA-T-C dhe tjetra deformimi pas saj

në një spirale të dyfishtë në vendin e mungesës së komplementaritetit (Fig. më poshtë).

Eliminimi i nukleotideve të çiftëzuara në gjysmë-metiluar një kompleks mjaft kompleks i enzimave riparuese merr pjesë në molekulën e ADN-së, e cila skanon sipërfaqen e molekulës së ADN-së,pret një pjesë të zinxhirit të fëmijëve duke iu drejtuar mospërputhjet, dhe pastaj krijon kushte për ndërtim

nukleotidet e tij të dëshiruar (plotësues).

Komponentë të ndryshëm të këtij kompleksi kanë aktivitete të ndryshmenukleaza,

helikase,

ATD ndryshme,

e domosdoshme për të bërë thyerje në ADN dhe copëtim të nukleotideve, zhbërje të spirales së dyfishtë të ADN-së dhe mbështetje të energjisë për lëvizjen e kompleksit përgjatë pjesës së riparuar të molekulës.

Një kompleks i enzimave riparuese të ngjashme në strukturë dhe funksion është gjetur te njerëzit.

Riparimi rekombinant (post-replikues)

Në ato raste kur, për një arsye ose një tjetër, sistemet e riparimit të sipërpërmendura rezultojnë të prishura, boshllëqet (rajone të pa riparuara) mund të formohen në fijet e ADN-së. nganjëherë madhësi shumë të konsiderueshme, e cila është e mbushur me përçarje të sistemit të replikimit dhe mund të çojë në vdekjen e qelizave.

Në këtë rast, qeliza është në gjendje të përdorë për riparimin e një molekule të ADN-së një molekulë tjetër të ADN-së të marrë pas replikimit, d.m.th., për të tërhequr mekanizminrekombinimet.

Në bakteret

Bakteret marrin pjesë në riparimin rekombinantproteina Rec A... Lidhet me një pjesë të ADN-së me një tel të vetëm dhe e përfshin atë në rekombinim merajone homologe të fijeve të paprekura të një molekule tjetër të ADN-së .

Si rezultat, zinxhirët e thyer (që përmbajnë boshllëqe) dhe të padëmtuar të molekulës së ADN-së së riparuar janë çiftëzohet me rajone plotësuese të ADN-së të paprekura, gjë që hap mundësinë e riparimit nga sistemet e përshkruara më sipër.

Në këtë rast, prerja një fragment të caktuar dhe

mbushje me ndihmën e tij, boshllëqet në qarkun e dëmtuar.

Boshllëqet dhe thyerjet që rezultojnë në fijet e ADN-së plotësohen me pjesëmarrjenADN polimeraza I dhe ADN ligaza .

Riparimi i SOS

Ekzistenca e këtij sistemi u postulua për herë të parë nga M. Radman në 1974. Ai gjithashtu i dha emrin këtij mekanizmi, duke përfshirë sinjalin ndërkombëtar të ankthit "SOS" (shpëtoni shpirtrat tanë).

Në të vërtetë, ky sistem ndizet kur dëmtimi i ADN-së bëhet aq shumë sa kërcënon jetën e qelizës... Në këtë rast, ndodh induktimi i aktivitetit të një grupi të ndryshëm gjenesh të përfshirë në procese të ndryshme qelizore që lidhen me riparimin e ADN-së.

Përfshirja e gjeneve të caktuara, të përcaktuara nga sasia e dëmtimit në ADN, çon në përgjigje qelizore me rëndësi të ndryshme (duke filluar me standardin riparimi i dëmtuar nukleotidet dhe mbaresa shtypja ndarja qelizore).

Shumica e studiuarRiparimi i SOS në E. coli, pjesëmarrësit kryesorë të së cilës janë proteinat e koduara nga gjenet Rec AdheLex A.

E para prej tyre është një multifunksionaleproteina Rec Apjesëmarrëse

në rekombinimi i ADN-së, si dhe

në rregullimi i transkriptimit të gjeneve fag lambdaqë infekton E. coli,

dhe e dyta (Proteina Lex A) eshte nje shtypëstranskriptimi i një grupi të madh gjenesh të destinuara për riparimi i ADN-së bakteret. Kur frenohet ose lejohet riparimi aktivizohet.

Lidhja Rec A me Lex A drejton për të përçarë këtë të fundit dhe në përputhje me rrethanat për të aktivizimi i gjeneve riparuese.

Nga ana tjetër, shërben induktimi i sistemit SOS të bakterevefag lambda sinjal rreziku dhe çon në faktin se profagu kalon nga rruga pasive në aktive (litike) ekzistencën, duke shkaktuar kështu vdekja e qelizës së nikoqirit.

Sistemi i riparimit SOS është identifikuar jo vetëm tek bakteret, por edhe tek kafshët dhe njerëzit.

Gjenet e përfshira në riparimin e dëmtimit të ADN-së SOS

Përfundim

Riparimi i dëmtimit të ADN-së është i lidhur ngushtë me proceset e tjera themelore gjenetike molekulare: replikimi, transkriptimi dhe rekombinimi.Të gjitha këto procese rezultojnë të jenë ndërthurur në një sistem të përgjithshëm ndërveprimesh të shërbyer nga një numër i madh i proteinave të ndryshme, shumë prej të cilave janë molekula polifunksionale të përfshira në të kontrolli mbi zbatimin e informacionit gjenetik ne qelizat pro dhe eukariote. Në të njëjtën kohë, është e qartë se natyra "nuk kursen" në elementet e kontrollit, duke krijuar sistemet më komplekse për korrigjimin e atyre dëmtimeve në ADN që janë të rrezikshme për trupin dhe posaçërisht për pasardhësit e tij. Nga ana tjetër, në rastet kur aftësia e dëmshpërblimit është e pamjaftueshme për të ruajtur statusin gjenetik të organizmit, ekziston nevoja për vdekje të programuar të qelizave -apoptoza..

SKEMA E RIPARIMIT TC EKSIONIT NUKLEOTIDE N. E. COLI ME SHKELJE

1. MEKANIZMI TRANSKRIPTIONALISHT I PAVARUR

2. MEKANIZMI I VARUR N TR TRANSKRIPTIM

3. FAZA E P GRGJITHSHME E Riparimit

Simbolet

A - proteinauvr DHE

B - proteinauvr NË

C - proteinauvr NGA

trekëndësh i vogël i zi - shenja tregon vendin e dëmtimit

SKEMA RIPARIMI E SHOQOCRUAR ME METILIMIN E ADN-S

Riparimi

quhet aftësia e një molekule të ADN-së për të "korrigjuar" ndryshimet që ndodhin në zinxhirët e saj. Të paktën 20 proteina janë të përfshira në rivendosjen e strukturës origjinale: ato njohin rajone të ndryshuara të ADN-së dhe i heqin ato nga zinxhiri, rikthejnë sekuencën e duhur të nukleotideve dhe thurin fragmentin e restauruar me pjesën tjetër të molekulës së ADN-së.

Karakteristikat e listuara të strukturës kimike dhe vetitë e ADN-së përcaktojnë funksionet që ajo kryen. ADN regjistron, ruan, riprodhon informacionin gjenetik, merr pjesë në proceset e zbatimit të tij midis gjeneratave të reja të qelizave dhe organizmave.

Acidet ribonukleike - ARN -

përfaqësohen nga molekula të madhësive, strukturave dhe funksioneve të ndryshme. Të gjitha molekulat e ARN-së janë kopje të pjesëve të caktuara të molekulës së ADN-së dhe, përveç ndryshimeve të përmendura tashmë, janë më të shkurtër se ajo dhe përbëhen nga një fije. Çiftimi bazë (A me Y, G me C) dhe formimi i rajoneve spirale janë të mundshme midis rajoneve individuale plotësuese të së njëjtës fije ARN. Si rezultat, molekulat marrin një konformim specifik.

Matrica, ose ARN informuese (mARN, mARN) sintetizohet në bërthamën nën kontrollin e enzimës së polimerazës ARN plotësuese të sekuencave informuese të ADN-së, transferon këtë informacion në ribozome, ku bëhet një matricë për sintezën e një molekule proteine. Në varësi të sasisë së informacionit që kopjohet, një molekulë e ARN mund të ketë gjatësi të ndryshme dhe përbën rreth 5% të të gjithë ARN qelizore.

ARN ribogjenike (ARN) sintetizohet kryesisht në bërthamë, në rajonin e gjeneve të ARN-së dhe përfaqësohet nga molekula të peshave të ndryshme molekulare që përbëjnë nën-njësitë e mëdha dhe të vogla të ribozomeve. ARN zë 85% të të gjithë ARN qelizore.

ARN transporti (ARN) përbën rreth 10% të ARN qelizore. Ekzistojnë mbi 40 lloje të ARN-së. Kur zbaton informacionin gjenetik, secila tARN bashkon një aminoacid specifik dhe e transporton atë në vendin e mbledhjes së polipeptidit. Në eukariotët, ARN-të kanë gjatësi 70-90 nukleotide.

Struktura qelizore

Llojet e organizimit qelizor.

Midis gjithë larmisë së organizmave që ekzistojnë aktualisht në Tokë, dallohen dy grupe: viruse dhe fagë që nuk kanë një strukturë qelizore; të gjithë organizmat e tjerë përfaqësohen nga një larmi e formave qelizore të jetës. Ekzistojnë dy lloje të organizimit qelizor: prokariotik

dhe eukariote (

shih fig. 1 ).

Qelizat e tipit prokariotik kanë një strukturë relativisht të thjeshtë. Ata nuk kanë një bërthamë të izoluar morfologjikisht, i vetmi kromozom formohet nga ADN-ja rrethore dhe ndodhet në citoplazmë; organelet e membranës mungojnë (funksioni i tyre kryhet nga pushtime të ndryshme të membranës plazmatike); ka shumë ribozome të vogla në citoplazmë; mikrotubulat mungojnë, prandaj citoplazma është e palëvizshme dhe qerpikët dhe flagellat kanë një strukturë të veçantë. Bakteret referohen si prokariota.

Shumica e organizmave modernë të gjallë i përkasin njërës prej tre mbretërive - bimëve, kërpudhave ose kafshëve, të bashkuara në super-mbretërinë e eukariotëve.

Në varësi të numrit të organizmave të cilët përbëhen, këto të fundit ndahen në njëqelizore dhe shumëqelizore. Organizmat njëqelizorë përbëhen nga një qelizë e vetme që kryen të gjitha funksionet. Shumë prej këtyre qelizave janë shumë më komplekse sesa ato të një organizmi shumëqelizor. Të gjithë prokariotët janë njëqelizorë, si dhe protozoa, disa alga jeshile dhe kërpudha.

Figura: 3.14. Diagrami i procesit të korrigjimit për sintezën e ADN-së:

Përfshirja I në zinxhirin e ADN-së të një nukleotidi me një formë të ndryshuar (tautomerike) të citoinës, e cila "paligjshëm" çiftëzohet me adeninë; II - kalimi i shpejtë i citozinës në formën e saj normale prish çiftëzimin e saj me adeninë; fundi i palidhur 3 "-OH i zinxhirit të sintetizuar parandalon zgjatjen e tij të mëtejshme nën veprimin e ADN polimerazës; III - ADN polimeraza heq nukleotidin ilegal, si rezultat i së cilës mbaron fundi 3" -OH i çiftuar me shabllonin; IV - ADN polimeraza vazhdon të ndërtojë zinxhirin në fundin e 3'-OH

Rivendosja e strukturës origjinale të ADN-së kërkon pjesëmarrjen e një numri enzimash. Një pikë e rëndësishme në fillimin e mekanizmit të riparimit është zbulimi i një gabimi në strukturën e ADN-së. Shpesh gabime të tilla ndodhin në një zinxhir të sintetizuar rishtas gjatë replikimit. Enzimat riparuese duhet të zbulojnë pikërisht këtë zinxhir. Në shumë specie të organizmave të gjallë, fillesa e ADN-së e sintetizuar rishtas ndryshon nga shkalla amtare e metilimit të bazave të tij azotike, e cila mbetet pas sintezës. Në këtë rast, zinxhiri i pametiluar riparohet. Prishjet në fijen e ADN-së mund të shërbejnë gjithashtu si objekt i njohjes nga enzimat riparuese. Në organizmat më të lartë, ku sinteza e ADN nuk ndodh vazhdimisht, por nga replikone individuale, fillesa e ADN-së e sintetizuar rishtas ka thyerje, gjë që bën të mundur njohjen e tij.

Rivendosja e strukturës së ADN-së me humbjen e bazave purine të njërit prej zinxhirëve të saj përfshin zbulimin e një defekti duke përdorur enzimën endonukleaza, e cila prish lidhjen fosfoester në vendin e dëmtimit të zinxhirit. Pastaj rajoni i ndryshuar me disa nukleotide fqinje hiqet nga enzima ekzonukleaza, dhe në vend të saj, në përputhje me renditjen e bazave të fijes plotësuese, formohet sekuenca e saktë e nukleotidit (Fig. 3.15).

Figura: 3.15. Skema e riparimit ekscizional, para-replikues të ADN-së

Kur njëra nga bazat në zinxhirin e ADN-së ndryshohet, rreth 20 enzima të glikozilazës së ADN-së përfshihen në rikuperimin e strukturës origjinale. Ata në mënyrë specifike njohin dëmin e shkaktuar nga deaminimi, alkilimi dhe transformimet e tjera strukturore të bazave. Bazat e tilla të modifikuara hiqen. Shfaqen zona pa baza, të cilat riparohen, si me humbjen e purinave. Nëse restaurimi i strukturës normale nuk kryhet, për shembull, në rastin e deaminimit të bazave azotike, disa çifte bazash plotësuese zëvendësohen nga të tjera - çifti C-G mund të zëvendësohet nga çifti T-A, etj. (shih pjesën 3.4.2.3).

Formimi i dimerëve të timines (T-T) në zinxhirët polinukleotid nën ndikimin e rrezeve UV kërkon pjesëmarrjen e enzimave që njohin jo baza individuale të ndryshuara, por dëmtime më të zgjeruara të strukturës së ADN-së. Procesi riparues në këtë rast shoqërohet gjithashtu me heqjen e rajonit që mban dimerin dhe rivendosjen e sekuencës normale nukleotide nga sinteza në fijen plotësuese të ADN-së.

Në rastin kur sistemi i riparimit ekscizional nuk korrigjon ndryshimin që ka lindur në një fije ADN-je, gjatë replikimit, ky ndryshim është i fiksuar dhe bëhet pronë e të dy fijeve të ADN-së. Kjo çon në zëvendësimin e një çifti nukleotidësh plotësues me një tjetër ose në shfaqjen e ndërprerjeve (boshllëqeve) në fijen e sapo sintetizuar kundër rajoneve të ndryshuara. Në këtë rast, restaurimi i strukturës normale të ADN-së mund të ndodhë edhe pas replikimit.

Riparimi post-replikues kryhet me rekombinim (shkëmbim fragmentesh) midis dy helikave të dyfishta të ADN-së të sapoformuara. Një shembull i riparimit të tillë post-replikues është restaurimi i strukturës normale të ADN-së me shfaqjen e dimerëve të timines (T-T), kur ato nuk eliminohen spontanisht nën veprimin e dritës së dukshme (riparimi i dritës) ose gjatë riparimit ekscizional para-replikues.

Lidhjet kovalente që lindin midis mbetjeve fqinje të timinës i bëjnë ato të paaftë për tu lidhur me nukleotidet plotësuese. Si rezultat, shfaqen thyerje (boshllëqe) në fijen e ADN-së së sintetizuar rishtas, të cilat njihen nga enzimat riparuese. Rivendosja e integritetit të një zinxhiri të ri polinukleotid të një prej ADN-ve të vajzave kryhet me rekombinim me zinxhirin përkatës normal të nënës të ADN-së tjetër të vajzës. Boshllëku i formuar në zinxhirin e nënës plotësohet më pas nga sinteza në zinxhirin plotësues polinukleotid (Fig. 3.16). Shkëmbimi i vëzhguar shpesh i materialit midis kromatidave motra mund të konsiderohet si një manifestim i riparimit të tillë post-replikues, i kryer nga rekombinimi midis zinxhirëve të dy molekulave të ADN-së vajzë (Fig. 3.17).

Figura: 3.16. Skema e riparimit post-replikues të ADN-së:

I - pamja e një dimeri timine në njërën nga fijet e ADN-së;

II - formimi i një "boshllëku" në zinxhirin e sapo sintetizuar kundër pjesës së ndryshuar të molekulës mëmë pas replikimit (shigjeta tregon mbushjen pasuese të "boshllëkut" me një pjesë nga zinxhiri përkatës i molekulës së dytë të vajzës së ADN-së);

III - rivendosja e integritetit të zinxhirit bijë të molekulës së sipërme për shkak të rekombinimit dhe në molekulën e poshtme për shkak të sintezës në zinxhirin plotësues

Figura: 3.17. Shkëmbimet interkromatidike (të treguara me shigjeta)

Gjatë riparimit para-replikues dhe post-replikues, pjesa më e madhe e dëmtimit të strukturës së ADN-së rikthehet. Sidoqoftë, nëse ndodh shumë dëm në materialin trashëgues të qelizës dhe disa prej tyre nuk eliminohen, aktivizohet sistemi i enzimave riparuese të nxitura (stimuluara) (sistemi SOS). Këto enzima plotësojnë boshllëqet, duke rivendosur integritetin e zinxhirëve polinukleotidë të sintetizuar pa ndjekur në mënyrë rigoroze parimin e komplementaritetit. Kjo është arsyeja pse ndonjëherë vetë proceset e riparimit mund të shërbejnë si një burim i ndryshimeve të përhershme në strukturën e ADN-së (mutacionet). Reagimi i emërtuar gjithashtu i referohet sistemit SOS.

çifte nga të tjerët. Këto ndryshime shoqërojnë vërtet çdo cikël të replikimit të ADN-së, por frekuenca e tyre është shumë më e vogël se sa duhet të jetë. Kjo për faktin se shumica e ndryshimeve të këtij lloji eliminohen për shkak të veprimit të mekanizmit riparues (rikuperimi molekular) i sekuencës origjinale të nukleotidit të ADN-së.

Mekanizmi i riparimit bazohet në praninë e dy fijeve plotësuese në molekulën e ADN-së. Shtrembërimi i sekuencës nukleotidike në njërën prej tyre zbulohet nga enzimat specifike. Pastaj rajoni përkatës hiqet dhe zëvendësohet me një të ri të sintetizuar në fijen e dytë plotësuese të ADN-së. Riparimi i tillë quhet ekscizional, d.m.th. me "prerje" (Fig. 3.15). Shtë kryer para ciklit tjetër të replikimit, prandaj quhet edhe

parapjesore.

Figura: 3.14. Diagrami i procesit të korrigjimit gjatë sintezës së ADN-së: I -përfshirja në zinxhirin e ADN-së të një nukleotidi me një formë të modifikuar (tautomerike) të citoinës, e cila çiftohet "në mënyrë të paligjshme" me adeninën; II - tranzicion i shpejtë

citozina në formën e saj të zakonshme prish çiftëzimin e saj me adeninë; i pa çiftuar 3 "- fundi i OH i zinxhirit të sintetizuar parandalon zgjatjen e tij të mëtejshme nën veprimin e ADN polimerazës; III - ADN polimeraza heq nukleotidin e paligjshëm, si rezultat i së cilës mbaron fundi 3" - OH i çiftuar me shabllonin; IV - ADN polimeraza vazhdon të ndërtojë zinxhirin në fundin e 3'-OH

Rivendosja e strukturës origjinale të ADN-së kërkon pjesëmarrjen e një numri enzimash. Një pikë e rëndësishme në fillimin e mekanizmit të riparimit është zbulimi i një gabimi në strukturën e ADN-së. Shpesh, gabime të tilla ndodhin në një zinxhir të sintetizuar rishtas gjatë replikimit. Enzimat riparuese duhet të zbulojnë pikërisht këtë zinxhir. Në shumë specie të organizmave të gjallë, fillesa e ADN-së e sintetizuar rishtas ndryshon nga shkalla amtare e metilimit të bazave të tij azotike, e cila mbetet pas sintezës. Në këtë rast, zinxhiri i pametiluar riparohet. Prishjet në zinxhirin e ADN-së gjithashtu mund të shërbejnë si objekt i njohjes nga enzimat riparuese. Në organizmat më të lartë, ku sinteza e ADN nuk ndodh vazhdimisht, por nga replikone individuale, fillesa e ADN-së e sintetizuar rishtas ka thyerje, gjë që bën të mundur njohjen e tij.

Rivendosja e strukturës së ADN-së me humbjen e bazave të purinës në një nga zinxhirët e saj përfshin zbulimin e një defekti duke përdorur enzimën endonukleaza, e cila prish lidhjen fosfoester në vendin e dëmtimit të zinxhirit. Pastaj rajoni i ndryshuar me disa nukleotide fqinje hiqet nga enzima ekzonukleaza, dhe në vend të saj, në përputhje me renditjen e bazave të fijes plotësuese, formohet sekuenca e saktë e nukleotidit (Fig. 3.15).

Figura: 3.15. Skema e riparimit ekscizional, para-replikues të ADN-së Kur një nga bazat në zinxhirin e ADN-së ndryshon në restaurimin e origjinalit

enzimat e glikozilazës së ADN-së, që numërojnë rreth 20. Ata në mënyrë specifike njohin dëmin e shkaktuar nga deaminimi, alkilimi dhe transformimet e tjera strukturore të bazave. Bazat e tilla të modifikuara hiqen. Shfaqen zona pa baza, të cilat riparohen, si me humbjen e purinave. Nëse restaurimi i strukturës normale nuk kryhet, për shembull, në rastin e deaminimit të bazave azotike, disa çifte bazash plotësuese zëvendësohen nga të tjera - çifti C-G mund të zëvendësohet nga çifti T-A, etj. (shih pjesën 3.4.2.3).

Formimi i dimerëve të timines (T-T) në zinxhirët polinukleotid nën ndikimin e rrezeve UV kërkon pjesëmarrjen e enzimave që njohin jo baza individuale të ndryshuara, por dëmtime më të zgjeruara të strukturës së ADN-së. Procesi riparues në këtë rast shoqërohet gjithashtu me heqjen e rajonit që mban dimerin dhe rivendosjen e sekuencës normale nukleotide nga sinteza në fijen plotësuese të ADN-së.

Në rastin kur sistemi i riparimit ekscizional nuk korrigjon ndryshimet që kanë lindur në një fije ADN, gjatë fiksimit të replikimit ndodh

ky ndryshim dhe bëhet pronë e të dy fijeve të ADN-së. Kjo çon në zëvendësimin e një çifti nukleotidësh plotësues me një tjetër ose në shfaqjen e ndërprerjeve (boshllëqeve) në fijen e sapo sintetizuar kundër rajoneve të ndryshuara. Në këtë rast, restaurimi i strukturës normale të ADN-së mund të ndodhë edhe pas replikimit.

Riparimi post-replikueskryhet me rekombinim (shkëmbim fragmentesh) ndërmjet dy helikave të dyfishta ADN të sapoformuar. Një shembull i riparimit të tillë post-replikues është restaurimi i strukturës normale të ADN-së me shfaqjen e dimerëve të timines (T-T), kur ato nuk eliminohen spontanisht nga drita e dukshme ( riparimi i dritës) ose gjatë riparimit ekscizional para-replikues.

Lidhjet kovalente që lindin midis mbetjeve fqinje të timinës i bëjnë ato të paaftë për tu lidhur me nukleotidet plotësuese. Si rezultat, shfaqen thyerje (boshllëqe) në fijen e ADN-së së sintetizuar rishtas, të cilat njihen nga enzimat riparuese. Rivendosja e integritetit të një zinxhiri të ri polinukleotid të një prej ADN-ve të vajzave kryhet me rekombinim me zinxhirin përkatës normal të nënës të ADN-së tjetër të vajzës. Boshllëku i formuar në zinxhirin e nënës plotësohet më pas me sintezë në zinxhirin plotësues polinukleotid (Fig. 3.16). Shkëmbimi i vëzhguar shpesh i materialit midis kromatidave motra mund të konsiderohet si një manifestim i riparimit të tillë post-replikues, i kryer nga rekombinimi midis zinxhirëve të dy molekulave të ADN-së bijë (Fig. 3.17).

Figura: 3.16. Skema e riparimit post-replikues të ADN-së: I - paraqitja e një dimeri timine në njërën nga fijet e ADN-së;

II - formimi i një "boshllëku" në zinxhirin e sapo sintetizuar kundër pjesës së ndryshuar të molekulës mëmë pas replikimit (shigjeta tregon mbushjen pasuese të "boshllëkut" me një pjesë nga zinxhiri përkatës i molekulës së dytë të vajzës së ADN-së);

III - rivendosja e integritetit të zinxhirit bijë të molekulës së sipërme për shkak të rekombinimit dhe në molekulën e poshtme për shkak të sintezës në zinxhirin plotësues

Figura: 3.17. Shkëmbimet interkromatidike (të treguara me shigjeta)

Gjatë riparimit para-replikues dhe post-replikues, pjesa më e madhe e dëmtimit të strukturës së ADN-së rikthehet. Sidoqoftë, nëse ndodh shumë dëm në materialin trashëgues të qelizës dhe disa prej tyre nuk eliminohen, sistemi i enzimave të riparimit të induktuar (stimuluar) (sistemi SOS) aktivizohet. Këto enzima plotësojnë boshllëqet, duke rivendosur integritetin e zinxhirëve polinukleotidë të sintetizuar pa respektuar në mënyrë rigoroze parimin e komplementaritetit. Kjo është arsyeja pse ndonjëherë vetë proceset e riparimit mund të shërbejnë si një burim i ndryshimeve të përhershme në strukturën e ADN-së (mutacionet). Reagimi i emërtuar gjithashtu i referohet sistemit SOS.

Nëse sasia e dëmtimit të strukturës së ADN-së mbetet e lartë në qelizë, pavarësisht nga riparimi që po kryhet, proceset e replikimit të ADN-së bllokohen në të. Një qelizë e tillë nuk ndahet, që do të thotë se nuk transmeton ndryshimet që kanë lindur te pasardhësit.

Arrestimi i ciklit qelizor të shkaktuar nga dëmtimi i ADN-së, i kombinuar me pamundësinë e riparimit molekular të materialit të trashëguar të ndryshuar, me pjesëmarrjen e një proteine \u200b\u200bsinteza e së cilës kontrollohet nga gjeni p53, mund të çojë në aktivizimin e procesit të vetë-shkatërrimit (apotosis) të një qelize të dëmtuar në mënyrë që ta eliminojë atë nga trupi.

Kështu, një gamë e gjerë e enzimave të ndryshme riparuese kryen një "inspektim" të vazhdueshëm të ADN-së, duke hequr zonat e dëmtuara prej tij dhe duke ndihmuar në ruajtjen e qëndrueshmërisë së materialit trashëgues. Veprimi i kombinuar i enzimave të replikimit (polimeraza e ADN-së dhe endonukleaza redaktuese) dhe riparimi i enzimave siguron një shpejtësi mjaft të ulët gabimi në molekulat e ADN-së, e cila ruhet në nivelin e 1 · 10-9 çifteve të nukleotideve të ndryshuara për gjenom. Me madhësinë e gjenit njerëzor 3 × 109 çifte nukleotide, kjo do të thotë shfaqjen e rreth 3 gabimeve për gjenom të replikuar. Në të njëjtën kohë, edhe ky nivel është i mjaftueshëm për formimin e një larmie të konsiderueshme gjenetike në formën e mutacioneve të gjeneve gjatë ekzistencës së jetës në Tokë.

3.4.2.3. Ndryshimet në sekuencat nukleotide të ADN-së. Mutacionet gjenike

Ndryshimet e pakorigjuara në strukturën kimike të gjeneve të riprodhuara në cikle të njëpasnjëshme të replikimit dhe të manifestuara në pasardhës në formën e varianteve të reja të tipareve quhen mutacionet e gjeneve.

Ndryshimet në strukturën e ADN-së që përbën një gjen mund të ndahen në tre grupe. Mutacionet e grupit të parë konsistojnë në zëvendësimin e disa bazave me të tjera. Ato përbëjnë rreth 20% të ndryshimeve të gjeneve spontane që ndodhin. Grupi i dytë i mutacioneve shkaktohet nga një zhvendosje në kornizën e leximit që ndodh kur numri i çifteve nukleotidike në një gjen ndryshon. Më në fund, grupi i tretë përfaqësohet nga mutacione të shoqëruara me një ndryshim në rendin e sekuencave nukleotide brenda një gjeni (përmbysje).

Mutacionet sipas llojit të zëvendësimit të bazave azotike. Këto mutacione ndodhin për një numër arsyesh specifike. Një prej tyre mund të jetë një ndryshim në strukturën e bazës që është përfshirë tashmë në spiralin e ADN-së, e cila ndodh aksidentalisht ose nën ndikimin e agjentëve kimikë specifik. Nëse një formë e tillë e ndryshuar e bazës mbetet e pavërejtur nga enzimat riparuese, atëherë gjatë ciklit tjetër të replikimit ajo mund të bashkojë me vete një nukleotid tjetër. Një shembull është deaminimi i citozinës, e cila shndërrohet në uracil në mënyrë spontane ose nën ndikimin e acidit azotik (Fig. 3.18). Uracili që rezulton, nuk vërehet nga enzimaGlikozilaza e ADN-së, gjatë replikimit, ajo lidhet me adeninën, e cila më pas lidh nukleotidin timidil. Si rezultat, çiftiC-G zëvendësohet në ADN nga një çiftT-A (Fig. 3.19, I ) Deaminimi i citozinës metiluar e shndërron atë në timinë (shih Figurën 3.18). Nukleotidi timidil, duke qenë një përbërës natyror i ADN-së, nuk zbulohet nga enzimat riparuese si një ndryshim dhe bashkon një nukleotid adenil gjatë replikimit tjetër. Si rezultat, në vend të një palëC-G një çift shfaqet edhe në molekulën e ADN-sëT-A (Fig. 3.19, II).

Figura: 3.18. Deaminim spontan i citozinës

Një arsye tjetër për zëvendësimin e bazës mund të jetë përfshirja e gabuar në fijen e sintetizuar të ADN-së të një nukleotidi që mbart një formë të ndryshuar kimikisht të bazës ose analogut të saj. Nëse ky gabim mbetet pa u vërejtur nga enzimat e replikimit dhe riparimit, baza e ndryshuar përfshihet në procesin e replikimit, e cila shpesh çon në zëvendësimin e një çifti për një tjetër. Një shembull i kësaj është lidhja gjatë replikimit me adeninën e zinxhirit prind të një nukleotidi me 5-bromouracil (5-BU), i cili është analog me një nukleotid timidil. Gjatë replikimit pasues, 5-BU bashkon më lehtë jo adeninë, por guaninë. Guanina, gjatë dyfishimit të mëtejshëm, formon një çift plotësues me citozinë. Si rezultat, çifti AT zëvendësohet në molekulën e ADN-së nga çifti G-C (Fig. 3.20).

Figura: 3. 19. mutacionet sipas llojit të zëvendësimit të bazës (deaminimi i bazave azotike në zinxhirin ADN):

I - shndërrimi i citozinës në uracil, zëvendësimi i çiftit C-G për çiftin T-A;

II - shndërrimi i metil-citozinës në timinë, zëvendësimi i çiftit C-G nga çifti T-A

Mund të shihet nga shembujt e dhënë që ndryshimet në strukturën e molekulës së ADN-së nga lloji i zëvendësimit të bazës ndodhin ose para ose gjatë replikimit, fillimisht në një zinxhir polinukleotid. Nëse ndryshime të tilla nuk korrigjohen gjatë riparimit, atëherë gjatë replikimit pasues ato bëhen pronë e të dy fijeve të ADN-së.

Figura: 3.20. Mutacionet e zëvendësimit të bazës

(përfshirja e një analoge të bazës azotike gjatë replikimit të ADN-së)

Rezultati i zëvendësimit të një çifti nukleotidësh plotësues me një tjetër është formimi i një treshe të re në sekuencën nukleotide të ADN-së që kodon sekuencën e aminoacideve në zinxhirin peptidik. Kjo mund të mos ndikojë në strukturën e peptidit në rast se tripleti i ri është "sinonim" me atë të mëparshmin, d.m.th. do të kodifikojë të njëjtin aminoacid. Për shembull, amina acide valina është e koduar me katër treshe: CAA, TsAG, TsAT, TsAC. Zëvendësimi i bazës së tretë në ndonjë prej këtyre trinjakëve nuk do të ndryshojë kuptimin e saj (degjenerimi i kodit gjenetik).

NË në rastin kur tripleta e sapoformuar kripton një aminoacid tjetër, struktura e zinxhirit peptidik dhe vetitë e ndryshimit përkatës të proteinave. Në varësi të natyrës dhe vendit të zëvendësimit, vetitë specifike të proteinave ndryshojnë në shkallë të ndryshme. Ka raste kur zëvendësimi i vetëm një aminoacidi në një peptid ndikon dukshëm në vetitë e një proteine, e cila manifestohet në një ndryshim në tiparet më komplekse. Një shembull është ndryshimi në vetitë e hemoglobinës njerëzore kuranemia e qelizave drapër (Fig. 3.21). Në hemoglobinë të tillë- (HbS) (në krahasim me HbA normale) - në zinxhirët p-globinë në pozicionin e gjashtë, acidi glutamik zëvendësohet nga valina. Kjo është për shkak të zëvendësimit të njërës prej bazave në treshen që kodifikon acidin glutamik (CTT ose CTC). Rezultati është një treshe që kodifikon valinën (CAT ose CAC). Në këtë rast, zëvendësimi i një aminoacidi në peptid ndryshon ndjeshëm vetitë e globinës, e cila është pjesë e hemoglobinës (aftësia e saj për t'u lidhur me 02 zvogëlohet), dhe një person zhvillon shenja të anemisë së qelizave drapër.

NË në disa raste, zëvendësimi i një baze me një tjetër mund të çojë në shfaqjen e njërës prej tyretreshet e pakuptimta (ATT, ATC, ACT), të cilat nuk kriptojnë asnjë aminoacid. Pasoja e një zëvendësimi të tillë do të jetë ndërprerja e sintezës së zinxhirit peptidik. Isshtë vlerësuar se zëvendësimet e nukleotideve në një treshe çojnë në 25% të rasteve në formimin e tresheve sinonimike; në 2-3 treshe pa kuptim, në 70-75% për shfaqjen e mutacioneve të vërteta të gjeneve.

Kështu, mutacionet e zëvendësimit të bazës mund të lindin si rezultat i ndryshimeve spontane në strukturën e bazës në njërën nga fijet e një spirali të dyfishtë ekzistues të ADN-së, ashtu edhe gjatë replikimit në një fije të sapo sintetizuar. Në rast se këto ndryshime nuk korrigjohen gjatë procesit të riparimit (ose, anasjelltas, ndodhin gjatë procesit të riparimit), ato fiksohen në të dy zinxhirët dhe më pas do të riprodhohen në ciklet e ardhshme të replikimit. Si pasojë, një burim i rëndësishëm i mutacioneve të tilla është dëmtimi i proceseve të replikimit dhe riparimit.

Mutacionet e zhvendosjes së kornizës. Ky lloj mutacioni përbën një pjesë të konsiderueshme të mutacioneve spontane. Ato ndodhin për shkak të humbjes ose futjes së një ose më shumë çifteve të nukleotideve plotësuese në sekuencën e nukleotideve të ADN-së. Shumica e mutacioneve të studiuara që shkaktojnë