Молекулярная биология клетки

1. История открытия

2. Источники повреждения ДНК

3. Основные типы повреждения ДНК

4 .Устройство системы репарации

5. Типы репарации

5.1 Прямая репарация

5.2 Эксцизионная репарация

5.3 Пострепликативная репарация

6. Интересные факты Вывод Список литературы

1. История открытия Однонитевое и двунитевое повреждения ДНК Начало изучению репарации было положено работами А. Келнера (США), который в 1948 обнаружил явление фотореактивации (ФР) — уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом (световая репарация). [1]

Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и др. вскоре установили, что фотореактивация — фотохимический процесс, протекающий с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта. [3]

Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая репарация — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой репарации облученных УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964 Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание поврежденных участков ДНК с измененными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах. [22]

Системы репарации существуют не только у микроорганизмов, но также в клетках животных и человека, у которых они изучаются на культурах тканей. Известен наследственный недуг человека — пигментная ксеродерма, при котором нарушена репарация. Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических агентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации. Видимо, уже на ранних стадиях эволюции ДНК заменила РНК в качественосителя генетической информации.

Этому гипотетическому событию должны были способствовать большая химическая устойчивость ДНК, связанная с заменой рибозы на дезоксирибозу, и двуцепочечное строение, «скрывающее» целый ряд реакционноспособных группировок. Но несмотря на свои «преимущества», ДНК постоянно подвергается химическим изменениям, как спонтанным, так и индуцируемым мутагенами и даже клеточными метаболитами. Еще одна обычная причина повреждений ДНК — радиация и ультрафиолетовое облучение. Большинство происходящих с ДНК изменений недопустимы: они либо приводят к вредным мутациям, либо блокирую репликацию ДНК и вызывают гибель клеток. Поэтому все клетки имеют специальные системы исправления повреждений, репарации ДНК. Нарушение этих систем губительно.

Репарация УФ повреждений ДНК нарушена у людей, страдающих тяжелым наследственным заболеванием — пигментной ксеродермой. Такие больные не могут бывать на солнце и обычно умирают в раннем возрасте от какого-либо злокачественного заболевания.

Принципы репарации ДНК у различных организмов сходны, поэтому эти принципы рассматриваются на примере E. coli, у которой они хорошо изучены. [17]

2. Источники повреждения ДНК Ультрафиолетовое излучение Радиация Химические вещества Ошибки репликации ДНК Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания[24]

3. Основные типы повреждения ДНК Повреждение одиночных нуклеотидов Повреждение пары нуклеотидов Разрыв цепи ДНК Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК ДНК-лигаза, осуществляющая репарацию ДНК

4. Устройство системы репарации Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:

ДНК-хеликаза — фермент, «узнающий» химически изменённые участки в цепи и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения;

экзонуклеаза — фермент, удаляющий повреждённый участок;

ДНК-полимераза — фермент, синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого;

ДНК-лигаза — фермент, замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность. [19]

5. Типы репарации У бактерий имеются по крайней мере 3 ферментные системы, ведущие репарацию — прямая, эксцизионная и пострепликативная. У эукариот к ним добавляется еще Mismatch и SOS-репарация.

5.1 Прямая репарация Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина. [20]

5.2 Эксцизионная репарация Эксцизионная репарация (англ. excision — вырезание) включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы. Эксцизионная репарация (excision repair): процесс с участием ферментативной системы, которая удаляет короткую однонитевую последовательность двунитевой ДНК, содержащей ошибочно спаренные или поврежденные основания, и замещает их путем синтеза последовательности, комплементарнойоставшейся нити.

Эксцизионная репарация является наиболее распространенным способом репарации модифицированных оснований ДНК. Этот тип репарации базируется на распознавании модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК. При этом существуют гликозилазы, специфически распознающие присутствие в ДНК определенных модифицированных оснований (оксиметилурацила, гипоксантина, 5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т. д.). Для многих гликозилаз к настоящему времени описан полиморфизм, связанный с заменой одного из нуклеотидов в кодирующей последовательности гена[23]. Для ряда изоформ этих ферментов была установлена ассоциация с повышенным риском возникновения онкологических заболеваний.

5.3 Пострепликативная репарация

Tип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка RecA. 1]

Пострепликативная репарация была открыта в клетках E. Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

6. Интересные факты Полагают, что от 80% до 90% всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК[2].

Повреждение ДНК под воздействием факторов окружающей среды, а также нормальных метаболических процессов, происходящих в клетке, происходит с частотой от нескольких сотен до 1000 случаев в каждой клетке, каждый час.

молекула репликация биосинтез клетка ВЫВОД Основная часть вывода представлена в таблице1. Однако, хотелось бы сказать, что наибольшее сходство между процессом репарации и доброкачественной опухолью, где анаплазия выражена не столь сильно, а метастазов и инвазии нет. Возможно у репарации и за онкогенеза есть еще какие — то общие, еще не известные нам черты. Возможно некоторые процессы протекают под влиянием одних и сигналов, возможно в геноме репарирующих клеток включаются такие же механизмы, что и в геноме опухолевых клеток, тогда когда они выходят из нормального клеточного цикла и начинают активно пролиферировать. Это пока еще не известно.

1. Б. Албертс и др./ «Молекулярная биология клетки» Москва. Мир.1994г. — С.7−13.

2. /Б.П. Ахмедов/ «Злокачественные новообразования» Москва. Медицина. 1984 г. — С.1−21.

3. «Биологические основы злокачественного роста» Сборник статей. Москва. Иностранная литература.1950г. — С.3−11.

4. / И. Ф. Сейц, П. Г. Князев //"Молекулярная онкология" Москва, Медицина, 1986 г. — С.6−12.

5. «Справочник онколога» Москва. Медицина. 1974 г. — С.2−19.

6. «Соросовский образовательный журнал"//Г.И. Абелев «Что такое опухоль». 10/1997г. — С.15−21.

7. «Соросовский образовательный журнал» В. Н. Сойфер «Репарация генетических повреждений» 8/1997г. — С.13−22.

8. «Соросовский образовательный журнал» Ю. М. Васильев «Социальное поведение нормальных и антисоциальное поведение опухолевых клеток» 4,5/1997г. — С.12−31.

9. «Украинский нейрохирургический журнал"// «Онкогенез глиом головного мозга» Киев. 9/2000г. — С.22−31.

10. С. Г. Инге-Вечтомов. Генетика с основами селекции. — Москва: Высшая школа. 1989. — С.12−21.

11. А. С. Коничев. Г. А. Севастьянова //Молекулярная биология. — Москва: Академия. 2003. — ISBN 5−7695−0783−7.

12. Michael M. Vilenchik and Alfred G. Knudson, Jr. (2000). Inverse radiation dose-rate effects on somatic and germ-line mutations and DNA damage rates. PNAS May 9, 2000 vol. 97 no. 10 5381−5386

13. Горбунова В. Н., Баранов B.C.

Введение

в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний.- Санкт-Петербург: Специальная литература, 1997. 286 с.

14. Клонирование ДНК. Методы: Пер. с англ./Под ред. Д. Гловера. — М.: Мир, 1988. — 538 с, ил.

15. Новое в клонировании ДНК. Методы.- Пер. с англ./Под ред. Д. Гловера.- М.: Мир, 1989. 368 с, ил.

16. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантные ДНК: Краткий курс. -М.: Мир, 1986. 480 с.

17. Хесин Р. Б. Непостоянство генома.- М.: Наука, 1984. 472 с.

18. Щелкунов СЕ. Конструирование гибридных молекул ДНК. -Новосибирск: Наука, 1987. 168 с. Зверева С. Д., Романов Г. А. Репортерные гены для генетической инженерии растений: характеристика и методы тестирования // Физиология растений. 2000. Т. 47, № 3. С. 479−488.

19.Лещинская И. Б. Генетическая инженерия // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 1. С. 33 — 39.

20. Ли А., Тинланд Б. Интеграция т-ДНК в геном растений: прототип и реальность // Физиология растений. 2000, том 47, № 3. С. 354−359

21. Пирузян Э. С., Андрианов В. М. Плазмиды агробактерий и генная инженерия растений.М.: Наука, 1985. 280 с.

22. Пирузян Э. С. Генетическая инженерия растений. М.: Знание, 1988. 64 с.

23. Пирузян Э. С. Основы генетической инженерии растений. М.: Наука, 1988. 304 с.

24. Пирузян Э. С. Проблемы экспрессии чужеродных генов в растениях // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Биотехнология. 1990. Т. 23. 176 с.

25.Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. Т. 1 3. М.: Мир, 1994.

.ur