نقش بیولوژیکی و مکانیسم های بیوشیمیایی ترمیم مرحله بازسازی و ترمیم

سنتز DNA با یک مکانیسم نیمه محافظه کار انجام می شود: هر رشته DNA کپی می شود. سنتز در بخش ها اتفاق می افتد. سیستمی وجود دارد که خطاهای تکراری DNA را از بین می برد (ترمیم نوری، قبل از تولید مثل و بعد از تولید مثل). روند ترمیم بسیار طولانی است: تا 20 ساعت و پیچیده است. آنزیم ها - آنزیم های محدود کننده بخش نامناسبی از DNA را بریده و دوباره آن را تکمیل می کنند. تعمیرات هرگز با راندمان 100% پیش نمی رود، اگر چنین می شد، تنوع تکاملی وجود نداشت. مکانیسم ترمیم بر اساس حضور دو زنجیره مکمل در مولکول DNA است. اعوجاج توالی نوکلئوتیدی در یکی از آنها توسط آنزیم های خاص تشخیص داده می شود. سپس محل مربوطه برداشته می شود و با یک مکان جدید که روی دومین رشته DNA مکمل سنتز می شود جایگزین می شود. این جبران نامیده می شود برشی،آن ها با برش قبل از چرخه تکرار بعدی انجام می شود، بنابراین به آن نیز می گویند پیش تکراریدر صورتی که سیستم ترمیم اکسیزیون تغییری را که در یک رشته DNA ایجاد شده است اصلاح نکند، این تغییر در طول همانندسازی ثابت می‌شود و به خاصیت هر دو رشته DNA تبدیل می‌شود. این منجر به جایگزینی یک جفت از نوکلئوتیدهای مکمل با دیگری می شود یا به ظاهر شکستگی در زنجیره جدید سنتز شده در برابر مکان های تغییر یافته منجر می شود. بازیابی ساختار طبیعی DNA نیز می تواند پس از همانندسازی رخ دهد. جبران پس از پاسخبا نوترکیبی بین دو رشته دو رشته DNA تازه تشکیل شده انجام می شود. در طول ترمیم قبل و بعد از همانندسازی، بیشتر ساختار DNA آسیب دیده ترمیم می شود. اگر در سلول، با وجود تعمیر مداوم، میزان آسیب زیاد باقی بماند، فرآیندهای تکثیر DNA در آن مسدود می شود. چنین سلولی تقسیم نمی شود.

19. ژن، خواص آن. کد ژنتیکی، خواص آن ساختار و انواع RNA پردازش، پیوند. نقش RNA در فرآیند تحقق اطلاعات ارثی.

ژن - بخشی از یک مولکول DNA که حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار یک زنجیره پلی پپتیدی یا ماکرومولکول است. ژن های یک کروموزوم به صورت خطی مرتب شده اند و یک گروه پیوندی را تشکیل می دهند. DNA در کروموزوم عملکردهای مختلفی را انجام می دهد. توالی‌های مختلفی از ژن‌ها وجود دارد، توالی‌هایی از ژن‌ها وجود دارند که بیان ژن، همانندسازی و غیره را کنترل می‌کنند. ژن‌هایی هستند که حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار زنجیره پلی‌پپتیدی، در نهایت پروتئین‌های ساختاری هستند. چنین توالی هایی از نوکلئوتیدها به طول یک ژن، ژن های ساختاری نامیده می شوند. ژن هایی که مکان، زمان، مدت گنجاندن ژن های ساختاری را تعیین می کنند، ژن های تنظیم کننده هستند.

ژن ها از نظر اندازه کوچک هستند، اگرچه از هزاران جفت باز تشکیل شده اند. وجود یک ژن با تجلی صفت ژن (محصول نهایی) مشخص می شود. طرح کلی ساختار دستگاه ژنتیکی و کار آن در سال 1961 توسط Jacob, Monod ارائه شد. آنها پیشنهاد کردند که بخشی از مولکول DNA با گروهی از ژن های ساختاری وجود دارد. در مجاورت این گروه یک سایت 200 جفت باز، پروموتر (محل اتصال RNA پلیمراز وابسته به DNA) قرار دارد. ژن اپراتور به این سایت متصل است. نام کل سیستم اپرون است. تنظیم توسط یک ژن تنظیم کننده انجام می شود. در نتیجه، پروتئین سرکوبگر با ژن اپراتور تعامل می کند و اپرون شروع به کار می کند. سوبسترا با تنظیم کننده های ژن تعامل می کند، اپرون مسدود می شود. اصل بازخورد بیان اپرون به عنوان یک کل روشن می شود.

در یوکاریوت ها، بیان ژن مورد مطالعه قرار نگرفته است. دلیل آن موانع جدی است:

سازماندهی مواد ژنتیکی به شکل کروموزوم

در موجودات چند سلولی، سلول ها تخصصی هستند و بنابراین برخی از ژن ها خاموش می شوند.

وجود پروتئین های هیستون، در حالی که پروکاریوت ها دارای DNA "برهنه" هستند.

DNA یک ماکرومولکول است، نمی تواند از هسته وارد سیتوپلاسم شود و اطلاعات را منتقل کند. سنتز پروتئین به دلیل mRNA امکان پذیر است. در یک سلول یوکاریوتی، رونویسی با سرعت فوق العاده ای انجام می شود. ابتدا pro-i-RNA یا pre-i-RNA ظاهر می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در یوکاریوت ها، mRNA در نتیجه پردازش (بلوغ) تشکیل می شود. ژن ساختاری ناپیوسته دارد. نواحی کد کننده اگزون و نواحی غیر کد کننده اینترون هستند. ژن موجود در موجودات یوکاریوتی دارای ساختار اگزون-اینترون است. اینترون طولانی تر از اگزون است. در فرآیند پردازش، اینترون ها "بریده می شوند" - اتصال. پس از تشکیل یک mRNA بالغ، پس از تعامل با یک پروتئین خاص، به یک سیستم - انفورموزوم که اطلاعات را به سیتوپلاسم منتقل می کند، می رود. اکنون سیستم های اگزون-اینترون به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته اند (به عنوان مثال، انکوژن - P-53). گاهی اوقات اینترون های یک ژن اگزون ژنی دیگر هستند، در این صورت پیوند امکان پذیر نیست. پردازش و اتصال می توانند ساختارهایی را که از یکدیگر دور هستند در یک ژن ترکیب کنند، بنابراین از اهمیت تکاملی بالایی برخوردار هستند. چنین فرآیندهایی زایی را ساده می کنند. پروتئین ها ساختار بلوکی دارند. به عنوان مثال، آنزیم DNA پلیمراز است. این یک زنجیره پلی پپتیدی پیوسته است. از DNA پلیمراز و اندونوکلئاز خود تشکیل شده است که مولکول DNA را از انتهای آن جدا می کند. این آنزیم از 2 حوزه تشکیل شده است که 2 ذره فشرده مستقل را تشکیل می دهند که توسط یک پل پلی پپتیدی به هم متصل شده اند. یک اینترون در مرز بین دو ژن آنزیمی وجود دارد. زمانی دامنه‌ها ژن‌های جداگانه بودند و سپس به هم نزدیک‌تر شدند. نقض چنین ساختار ژنی منجر به بیماری های ژنی می شود. نقض ساختار اینترون از نظر فنوتیپی نامحسوس است، نقض توالی اگزون منجر به جهش (جهش ژن های گلوبین) می شود.

10 تا 15 درصد RNA در یک سلول RNA انتقالی است. مناطق مکمل وجود دارد. یک سه گانه خاص وجود دارد - یک آنتی کدون، یک سه گانه که نوکلئوتیدهای مکمل ندارد - GHC. برهمکنش 2 زیر واحد ریبوزوم و mRNA منجر به شروع می شود. 2 سایت وجود دارد - pectidyl و aminoacyl. آنها با اسیدهای آمینه مطابقت دارند. سنتز پلی پپتید مرحله به مرحله انجام می شود. طویل شدن - روند ساخت یک زنجیره پلی پپتیدی تا زمانی که به یک کدون بی معنی برسد ادامه می یابد، سپس خاتمه رخ می دهد. سنتز پلی پپتید به پایان می رسد و سپس وارد کانال های ER می شود. زیر واحدها جدا می شوند. مقادیر مختلفی از پروتئین در یک سلول سنتز می شود.

طرح کلی سخنرانی 1. انواع آسیب DNA 1. انواع آسیب DNA 2. ترمیم DNA، انواع و مکانیسم ها: 2. ترمیم DNA، انواع و مکانیسم ها: Excisional Direct Excisional Post Replicative Post Replicative ترمیم SOS تعمیر 3. ترمیم و بیماری های ارثی 3. ترمیم و بیماری های ارثی

فرآیند بازیابی ساختار اصلی DNA اصلی را ترمیم DNA یا ترمیم ژنتیکی و سیستم های درگیر در آن را سیستم های ترمیم می نامند. فرآیند بازیابی ساختار اصلی DNA اصلی را ترمیم DNA یا ترمیم ژنتیکی و سیستم های درگیر در آن را سیستم های ترمیم می نامند. در حال حاضر، چندین مکانیسم ترمیم ژنتیکی شناخته شده است. برخی از آنها ساده تر هستند و بلافاصله پس از آسیب DNA "روشن" می شوند، برخی دیگر نیاز به القای تعداد زیادی آنزیم دارند و عملکرد آنها در طول زمان گسترش می یابد. در حال حاضر، چندین مکانیسم ترمیم ژنتیکی شناخته شده است. برخی از آنها ساده تر هستند و بلافاصله پس از آسیب DNA "روشن" می شوند، برخی دیگر نیاز به القای تعداد زیادی آنزیم دارند و عملکرد آنها در طول زمان گسترش می یابد.

از منظر مکانیسم مولکولی، آسیب اولیه در مولکول‌های DNA را می‌توان به سه طریق از بین برد: از منظر مکانیسم مولکولی، آسیب اولیه در مولکول‌های DNA به سه روش قابل حذف است: 1. بازگشت مستقیم به حالت اولیه. 1. بازگشت مستقیم به حالت اولیه. 2. بریدن ناحیه آسیب دیده و جایگزینی آن با یک منطقه معمولی. 2. بریدن ناحیه آسیب دیده و جایگزینی آن با یک منطقه معمولی. 3. بازیابی نوترکیبی با دور زدن ناحیه آسیب دیده. 3. بازیابی نوترکیبی با دور زدن ناحیه آسیب دیده.

آسیب خودبه خودی DNA خطاهای همانندسازی (ظاهر جفت بازهای غیر مکمل) خطاهای همانندسازی (ظاهر جفت بازهای غیر مکمل) آپورینیزاسیون (شکاف بازهای نیتروژنی از یک نوکلئوتید) آپورینیزاسیون (برش بازهای نیتروژنی از یک نوکلئوتید) تجزیه گروه آمینو) دآمیناسیون (برش یک گروه آمینه)

آسیب القایی DNA دایمرسازی (پیوند متقابل بازهای پیریمیدینی مجاور برای تشکیل دایمر) دایمرسازی (پیوند بازهای پیریمیدین مجاور برای تشکیل دایمر) شکست DNA: شکستگی DNA تک رشته ای و دو رشته ای: تک رشته ای و دو رشته ای پیوند متقاطع بین رشته های DNA پیوند متقاطع بین رشته های DNA

REPAIR DIRECT DNA این نوع ترمیم باعث بازسازی مستقیم ساختار اصلی DNA یا حذف آسیب می شود. این نوع ترمیم باعث بازسازی مستقیم ساختار اصلی DNA یا حذف آسیب می شود. یک سیستم تعمیر گسترده از این نوع، فعال سازی نوری دایمرهای پیریمیدین است. یک سیستم تعمیر گسترده از این نوع، فعال سازی نوری دایمرهای پیریمیدین است. این تنها واکنش آنزیمی شناخته شده است که در آن عامل فعال سازی انرژی شیمیایی نیست، بلکه انرژی نور مرئی است. این تنها واکنش آنزیمی شناخته شده است که در آن عامل فعال سازی انرژی شیمیایی نیست، بلکه انرژی نور مرئی است. این آنزیم فتولیاز را فعال می کند که دیمرها را جدا می کند. این آنزیم فتولیاز را فعال می کند که دیمرها را جدا می کند.

تعمیر نور از نظر شماتیک، ترمیم نور به این صورت است: 1. تابش مولکول DNA طبیعی با نور UV 2. مولکول DNA جهش یافته - تشکیل دیمرهای پیریمیدین. عمل نور مرئی 3. سنتز آنزیم فتولیاز 4. برش دایمرهای بازهای پیریمیدین 5. بازیابی ساختار طبیعی DNA

مشخص شده است که علاوه بر فعالیت 5'-3'-پلیمراز، اکثر پلیمرازها دارای فعالیت اگزونوکلئاز 3'-5'- هستند که تصحیح خطاهای احتمالی را تضمین می کند. مشخص شده است که علاوه بر فعالیت 5'-3'-پلیمراز، اکثر پلیمرازها دارای فعالیت اگزونوکلئاز 3'-5'- هستند که تصحیح خطاهای احتمالی را تضمین می کند. این اصلاح در دو مرحله انجام می شود: ابتدا، هر نوکلئوتید قبل از اینکه در زنجیره رشد قرار گیرد از نظر انطباق با الگو بررسی می شود و سپس قبل از اینکه نوکلئوتید بعدی در زنجیره گنجانده شود. این اصلاح در دو مرحله انجام می شود: ابتدا، هر نوکلئوتید قبل از اینکه در زنجیره رشد قرار گیرد از نظر انطباق با الگو بررسی می شود و سپس قبل از اینکه نوکلئوتید بعدی در زنجیره گنجانده شود. ترمیم DNA به دلیل فعالیت اگزونوکلازی DNA پلیمرازها

هنگامی که نوکلئوتید اشتباه وارد می شود، مارپیچ دوتایی تغییر شکل می دهد. این به DNA-P اجازه می دهد تا در بیشتر موارد نقص در زنجیره در حال رشد را تشخیص دهد. اگر نوکلئوتید به اشتباه وارد شده نتواند با باز مکمل پیوند هیدروژنی ایجاد کند، DNA-II فرآیند همانندسازی را تا زمانی که نوکلئوتید صحیح جای آن را بگیرد به حالت تعلیق در می‌آورد. در یوکاریوت ها، DNA-II فعالیت اگزونوکلئازی 3-5 ندارد. هنگامی که نوکلئوتید اشتباه وارد می شود، مارپیچ دوتایی تغییر شکل می دهد. این به DNA-P اجازه می دهد تا در بیشتر موارد نقص در زنجیره در حال رشد را تشخیص دهد. اگر نوکلئوتید به اشتباه وارد شده نتواند با باز مکمل پیوند هیدروژنی ایجاد کند، DNA-II فرآیند همانندسازی را تا زمانی که نوکلئوتید صحیح جای آن را بگیرد به حالت تعلیق در می‌آورد. در یوکاریوت ها، DNA-II فعالیت اگزونوکلئازی 3-5 ندارد.

ترمیم آسیب آلکیله شدن آسیب های ژنتیکی ناشی از افزودن گروه های آلکیل یا متیل را می توان با حذف این گروه ها توسط آنزیم های خاص ترمیم کرد. آنزیم اختصاصی O 6 متیل گوانین ترانسفراز O 6 متیل گوانین را در DNA شناسایی می کند و گروه متیل را حذف می کند و باز را به شکل اولیه خود باز می گرداند. آسیب های ژنتیکی ناشی از افزودن گروه های آلکیل یا متیل را می توان با حذف این گروه ها توسط آنزیم های خاص ترمیم کرد. آنزیم اختصاصی O 6 متیل گوانین ترانسفراز O 6 متیل گوانین را در DNA شناسایی می کند و گروه متیل را حذف می کند و باز را به شکل اولیه خود باز می گرداند.

عمل لیگاز پلی نوکلئوتیدی به عنوان مثال، شکستگی DNA تک رشته ای می تواند تحت تأثیر تابش یونیزان رخ دهد. آنزیم پلی نوکلئوتید لیگاز انتهای شکسته DNA را دوباره به هم متصل می کند. به عنوان مثال، تحت تأثیر تشعشعات یونیزان، شکستگی های تک رشته ای در DNA ممکن است رخ دهد. آنزیم پلی نوکلئوتید لیگاز انتهای شکسته DNA را دوباره به هم متصل می کند.

مراحل ترمیم برش 1. تشخیص آسیب DNA توسط اندونوکلئاز 1. تشخیص آسیب DNA توسط اندونوکلئاز 2. برش (برش) رشته DNA توسط آنزیم در دو طرف آسیب 2. برش (بریدگی) رشته DNA توسط آنزیم در دو طرف آسیب 3. برش (برش و حذف) آسیب با هلیکاز 3. برش (برش و حذف) آسیب با هلیکاز 4. سنتز مجدد: DNA-P شکاف را پر می کند و لیگاز به انتهای DNA می پیوندد. 4. سنتز مجدد : DNA-P شکاف را پر می کند و لیگاز به انتهای DNA می پیوندد

تعمیر عدم تطابق در طول همانندسازی DNA، خطاهای جفت گیری زمانی رخ می دهد که جفت های غیر مکمل به جای جفت های مکمل A-T، G-C تشکیل شوند. عدم تطابق فقط روی رشته کودک تأثیر می گذارد. سیستم تعمیر عدم تطابق باید رشته دختر را پیدا کند و نوکلئوتیدهای غیر مکمل را جایگزین کند. در طول تکثیر DNA، خطاهای جفت گیری زمانی رخ می دهد که جفت های غیر مکمل به جای جفت های مکمل A-T، G-C تشکیل شوند. عدم تطابق فقط روی رشته کودک تأثیر می گذارد. سیستم تعمیر عدم تطابق باید رشته دختر را پیدا کند و نوکلئوتیدهای غیر مکمل را جایگزین کند.

تعمیر عدم تطابق چگونه رشته فرزند را از رشته والد تشخیص دهیم؟ چگونه زنجیر کودک را از زنجیر والدین تشخیص دهیم؟ مشخص شد که آنزیم‌های متیلاز ویژه گروه‌های متیل را به آدنین‌ها در توالی GATC در زنجیره اصلی متصل می‌کنند و برخلاف دختر غیرمتیله شده متیله می‌شوند. در E. coli، محصولات 4 ژن به ترمیم عدم تطابق پاسخ می‌دهند: mut S، mut L، mut H، mut U. مشخص شد که آنزیم‌های متیلاز ویژه گروه‌های متیل را به آدنین‌ها در توالی GATC در زنجیره مادری متصل می‌کنند. متیله می شود، برخلاف کودک غیر متیله. در E.coli، محصولات 4 ژن مربوط به ترمیم عدم تطابق است: mut S، mut L، mut H، mut U.

REPAIR DNA POST-Replicative ترمیم DNA پس از همانندسازی زمانی رخ می دهد که آسیب در مرحله همانندسازی باقی بماند (آسیب بیش از حد، یا آسیب بلافاصله قبل از همانندسازی رخ داده است) یا به گونه ای باشد که ترمیم آن را با ترمیم برش غیرممکن کند (به عنوان مثال). ، پیوند متقابل رشته های DNA). این سیستم نقش مهمی را در یوکاریوت ها ایفا می کند و توانایی کپی کردن را حتی از یک ماتریس آسیب دیده (البته با افزایش تعداد خطا) فراهم می کند. یکی از انواع این نوع ترمیم DNA، ترمیم نوترکیبی است.

تعمیر SOS در سال 1974 توسط M. Radman کشف شد. او این نام را با درج یک سیگنال پریشانی بین‌المللی اعلام کرد. زمانی روشن می شود که آسیب زیادی در DNA وجود داشته باشد که زندگی سلول را تهدید کند. سنتز پروتئین ها القا می شود که به کمپلکس DNA-II متصل می شوند و یک زنجیره DNA دختر در مقابل الگوی معیوب می سازند. در نتیجه، DNA به اشتباه دو برابر می شود و تقسیم سلولی ممکن است رخ دهد. اما اگر عملکردهای حیاتی تحت تأثیر قرار گیرد، سلول خواهد مرد. در سال 1974 توسط M. Radman کشف شد. او این نام را با درج یک سیگنال پریشانی بین‌المللی اعلام کرد. زمانی روشن می شود که آسیب زیادی در DNA وجود داشته باشد که زندگی سلول را تهدید کند. سنتز پروتئین ها القا می شود که به کمپلکس DNA-II متصل می شوند و یک زنجیره DNA دختر در مقابل الگوی معیوب می سازند. در نتیجه، DNA به اشتباه دو برابر می شود و تقسیم سلولی ممکن است رخ دهد. اما اگر عملکردهای حیاتی تحت تأثیر قرار گیرد، سلول خواهد مرد.

ترمیم DNA و بیماری های میراث انسانی نقض سیستم ترمیم انسان علت: پیری زودرس بیماری های انکولوژیک (80 تا 90 درصد همه سرطان ها) بیماری های خود ایمنی (آرتریت روماتوئید، SLE، بیماری آلزایمر)

بیماری های مرتبط با اختلال در ترمیم زیرادرما پیگمنتوزا زیرادرما پیگمنتوزا آتاکسی-تلانژکتازی یا سندرم لوئیس بار آتاکسی-تلانژکتازی یا سندرم لوئیس بار سندرم بلوم سندرم بلوم تریکوتیودیستروفی (TTD) کم خونی کم خونی فانکونی و کودکان پروگریا (سندرم هاچینسون-گیلفورد) پروجری کودکان (سندرم هاچینسون-گیلفورد) پروگریای بزرگسالان (سندرم ورنر) پروگریا بزرگسالان (سندرم ورنر)

آتاکسی تلانژکتازی یا سندرم لوئیس بار: A-P، آتاکسی مخچه، اختلال در هماهنگی حرکات، تلانژکتازها - گسترش بیش از حد موضعی عروق کوچک، نقص ایمنی، استعداد ابتلا به سرطان. سندرم بلوم: A-P، حساسیت بالا به اشعه ماوراء بنفش، هایپرپیگمانتاسیون، قرمزی صورت به شکل پروانه.

تریکوتیودیستروفی: A-P، کمبود گوگرد در سلول های مو، شکنندگی، شبیه دم ببر، ناهنجاری های پوست، دندان ها، نقص در رشد جنسی. سندرم کوکاین: A-P، کوتولگی با هورمون های رشد طبیعی، ناشنوایی، آتروفی بینایی، تسریع پیری، حساس به نور خورشید. کم خونی فانکونی: کاهش تعداد تمام عناصر سلولی خون، اختلالات اسکلتی، میکروسفالی، ناشنوایی. دلیل آن نقض برش دایمرهای پیریمیدین و نقض ترمیم پیوندهای متقاطع DNA بین رشته ای است.

ادبیات: 1. ژنتیک. اد. ایوانووا V.I. M.، Zhimulev I.F. ژنتیک عمومی و مولکولی. نووسیبیرسک، مومینوف T.A.، Kuandykov E.U. مبانی زیست شناسی مولکولی (دوره سخنرانی). آلماتی، مشکباروف N.N.، Kuznetsov S.L. زیست شناسی مولکولی. م.، 2003.

علیرغم دقت بالای کار آنزیم هایی که تکثیر DNA را انجام می دهند، و همچنین وجود مکانیسم تصحیح، هنوز هم در طول سنتز رشته های DNA جدید مرتبط با گنجاندن نوکلئوتیدهای غیر مکمل در ترکیب آنها، اشتباهاتی رخ می دهد. علاوه بر این، مولکول های DNA در سلول ها در معرض انواع عوامل فیزیکی و شیمیایی قرار می گیرند که ساختار آنها را مختل می کند. برخی از شایع ترین آسیب های DNA عبارتند از:

شکستن پیوندهای (b-N)-گلیکوزیدی بین پورین و دئوکسی ریبوز (دپوریناسیون)، که اغلب نتیجه افزایش دما است. از 5000 تا 10000 عمل در یک سلول انسانی در روز انجام می شود دپوراسیون;

دآمیناسیون خودبخودی باقیمانده های سیتوزین و آدنین با تشکیل بقایای اوراسیل و هیپوگزانتین به ترتیب (حدود 100 رویداد در هر ژنوم در روز).

آلکیلاسیون بازهای نیتروژنی تحت تأثیر مواد شیمیایی یک کلاس خاص ( عوامل آلکیله کننده);

- درون یابی(جاسازی) برخی از ترکیبات بین جفت نوکلئوتیدهای مجاور.

تشکیل پیوندهای عرضی کووالانسی بین زنجیره های DNA تحت تأثیر عوامل دو عملکردی.

تشکیل دایمرهای سیکلوبوتان ناشی از جذب نور فرابنفش (UV) (شکل 2.2) بین پیریمیدین های مجاور در زنجیره.

بیشتر این آسیب‌ها فرآیند تکثیر و بیان ژن را مختل می‌کنند، برای مثال، هر دایمر تیمین در DNA E. coli 10 ثانیه تکثیر را به تاخیر می‌اندازد. علاوه بر این، اگر این آسیب ها قبل از شروع تکثیر DNA ترمیم نشوند، منبع جهش هستند.

بیشتر اوقات ، چنین تخلفاتی فقط در یکی از رشته های DNA رخ می دهد ، در حالی که رشته دوم در مقابل آسیب در بیشتر موارد حاوی توالی "صحیح" است که می تواند به عنوان ماتریسی برای تصحیح خطاها عمل کند. بنابراین، مارپیچ دوگانه DNA، و همچنین این واقعیت که اطلاعات مربوط به ساختار آنزیم های ترمیم را رمزگذاری می کند، یک مکانیسم تصحیح خطای منحصر به فرد - تعمیر را ممکن می کند، که مشخصه تنها یک کلاس از مولکول ها - DNA است.

سیستم‌ها و مکانیسم‌های ترمیم زیادی در موجودات مختلف وجود دارد، در میان آنها مواردی وجود دارد که فقط برای ترمیم آسیب‌های یک نوع خاص هستند و موارد کمتر خاصی نیز وجود دارند. برای راحتی، تمام فرآیندهای ترمیم شناخته شده در حال حاضر را می توان به دو دسته تقسیم کرد: 1) آنهایی که نیازی به مشارکت ندارند و نشان دهنده اصلاح مستقیم آسیب DNA هستند. 2) فرآیندهای پیچیده تر که در طی آن تکرار تعمیر رخ می دهد. بهترین مکانیسم های ترمیم مطالعه شده در رابطه با ترمیم آسیب ناشی از اشعه ماوراء بنفش - دایمرهای پیریمیدین است (شکل 2.2).

از آنجایی که آنزیم های وابسته به نور UV در شناخته شده ترین فرآیندهای ترمیم پیامدهای تابش اشعه ماوراء بنفش دخیل هستند، مکانیسم های ترمیم نیز به نور (که فقط در نور مرئی قابل انجام است) و تاریک (که نیازی به مشارکت ندارد) تقسیم می شوند. نور مرئی) تعمیر.

مکانیسم های ترمیم برای ترمیم مستقیم آسیب شامل دالکیله شدن باقیمانده های گوانین و مونومریزاسیون دیمرهای سیکلوبوتان بین بازهای پیریمیدین مجاور است. دآلکیلاسیون باقی مانده های متیل گوانین به ترمیم تیره اشاره دارد و با مشارکت آنزیم های موجود در سلول های باکتریایی و تغذیه رخ می دهد. O 6 - متیل گوانین - DNA - آلکیل - ترانسفراز انتقال گروههای آلکیل را به گروههای سولفیدریل باقیمانده سیستئین آنزیم کاتالیز می کند (شکل 2.3).

شکاف دایمرها بین نوکلئوتیدهای پیریمیدین در این فرآیند رخ می دهد فعال سازی مجدد نوری- بازسازی ساختار مولکول های DNA آسیب دیده توسط اشعه ماوراء بنفش در نتیجه قرار گرفتن بعدی در معرض نور مرئی (ترمیم نور). فعال‌سازی نوری موج کوتاه غیر آنزیمی شناخته شده، که شامل مونومریزاسیون دایمرها تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش با طول موج 240 نانومتر و همچنین فعال‌سازی مجدد نوری آنزیمی است. دومی معمولاً به عنوان خود فعال سازی نوری شناخته می شود. این فرآیند مستلزم مشارکت نور مرئی با طول موج 300-600 نانومتر است و تحت تأثیر آنزیم های فعال کننده نوری خاص (دئوکسی ریبوپریمیدین فتولیاز) انجام می شود. دایمرهای بازهای پیریمیدین به عنوان بستری برای فتولیاز عمل می کنند که با آن یک کمپلکس تشکیل می دهد (آنزیم به DNA دست نخورده متصل نمی شود). آنزیم با استفاده از انرژی نور جذب شده، دایمر را بدون شکستن زنجیره های DNA از بین می برد (شکل 2.4).

پدیده فعال سازی نوری در طبیعت گسترده است و حتی در میکروارگانیسم های ابتدایی مانند مایکوپلاسما نیز یافت شده است. آنزیم‌های فعال‌کننده نور در برخی از گیاهان و جانوران عالی و در همه باکتری‌های مورد مطالعه یافت شده‌اند، به استثنای Deinococcus radiodurans که در مقابل نور UV بسیار مقاوم است: این باکتری‌ها دوزهایی را 1000 برابر بیشتر از آنهایی که باکتری E. coli را می‌کشند، تحمل می‌کنند. . در غیاب کامل توانایی فعال سازی نوری، D. radiodurans دارای یک سیستم ترمیم اکسیزیون قدرتمند است.

رویدادهای ترمیم مرتبط با جایگزینی نواحی تحریف شده نیازی به مشارکت نور مرئی ندارند و علاوه بر سایر آنزیم ها، دو نوع نوکلئاز نقش مهمی در آنها ایفا می کنند: اگزو- و اندونوکلئازها. اگزونوکلئازها DNA را با شروع از انتهای رشته ها می شکافند، در حالی که اندونوکلئازها به رشته ها در قسمت های داخلی حمله می کنند و شکستگی های تک رشته ای را در DNA ایجاد می کنند. از بین انواع مختلف ترمیم مرتبط با سنتز DNA ترمیمی، دو نوع اصلی قابل تشخیص است: برشیو پس از تکثیرجبران خسارت

تعمیر اکسیزیونیکی از ویژگی های بارز ترمیم اکسیزیون، حذف ناحیه آسیب دیده DNA است. این نوع ترمیم با توجه به آسیب DNA به اندازه فعال سازی نوری خاص نیست و می توان از آن نه تنها برای ترمیم دایمرهای پیریمیدین، بلکه بسیاری از تغییرات دیگر در ساختار DNA نیز استفاده کرد. تعمیر اکسیزیون (شکل 2.5، A) یک فرآیند چند مرحله ای است و شامل رویدادهای زیر است:

1) تشخیص آسیب در DNA، که توسط اندونوکلئازهای خاص انجام می شود که مرحله بعدی را نیز انجام می دهد.

2) برش یک رشته DNA در نزدیکی آسیب - برش(اجرا شده توسط اندونوکلئازها)؛

3) حذف گروهی از نوکلئوتیدها همراه با آسیب - برداشتن(انجام اگزونوکلئازها)؛

4) سنتز مجدد DNA - پر کردن شکاف حاصل (فعالیت DNA پلیمراز).

5) بازیابی تداوم زنجیره ترمیم شده به دلیل تشکیل پیوندهای کووالانسی ستون فقرات قند-فسفات مولکول.

مکانیسم ترمیم برش به بهترین وجه با استفاده از مثال حذف تیره دیمرهای پیریمیدین از DNA E. coli تحت تابش UV مورد مطالعه قرار می گیرد. در سلول‌های E. coli، ژن‌های uvrA-D مسئول این فرآیند (کدگذاری ساختار آنزیم‌هایی هستند که بخشی از زنجیره DNA را با یک دایمر قطع می‌کنند)، و همچنین polA (ساختار DNA پلیمراز I را تعیین می‌کند، که ساختار DNA پلیمراز I را تعیین می‌کند. سنتز DNA ترمیمی را انجام می دهد). از ویژگی های این روش ترمیم اکسیزیون ایجاد برش های تک رشته ای در دو طرف دایمر تیمین است.

برخی از ارگانیسم ها برای ترمیم آسیب، از جمله آنهایی که با تشکیل دایمرهای تیمین مرتبط هستند، از نوع دیگری از ترمیم برش استفاده می کنند که شامل مشارکت آنزیم خاصی به نام N-گلیکوزیلاز در این فرآیند است. در این مورد، اولین رویداد ترمیمی، جدا شدن پیوند گلیکوزیدی بین پایه آسیب دیده (مثلاً یکی از تیمین های موجود در دایمر، پورین N-آلکیله و غیره) و دئوکسی ریبوز است. بنابراین، محلی وجود دارد آپورینیزاسیون، یا آپیریمیدیناسیون; یک محل به اصطلاح AP ایجاد می شود که توسط یک اندونوکلئاز اختصاصی AP شناسایی می شود، که پیوند فسفودی استر را در نزدیکی محل AP می شکند. سپس شکاف با استفاده از سنتز ترمیمی معمولی پر می شود.

تعدادی از N-گلیکوزیلازهای مختلف در سلول های باکتریایی و یوکاریوتی یافت شده است. به عنوان مثال، اوراسیل-DNA گلیکوزیلاز جفت dG/dU ناهماهنگ را که در نتیجه دآمیناسیون خود به خود باقیمانده دئوکسی سیتوزین از جفت dG/dC ایجاد می شود، تشخیص می دهد. دآمیناسیون سیتوزین می تواند منجر به تشکیل یک جفت نوکلئوتیدی جهش یافته dA/dT در طول همانندسازی شود، زیرا اوراسیل از نظر پیوند هیدروژنی مشابه تیمین رفتار می کند. یکی دیگر از آنزیم‌های پراکنده دیگر از این نوع پیریمیدین دایمر-N-گلیکوزیلاز است که یک سایت آپیریمیدین در ترمیم آسیب‌های مرتبط با تشکیل دیمرهای پیریمیدین ایجاد می‌کند.

محل هایی که دپوریناسیون یا دپیریمیدینیزاسیون رخ داده است توسط آنزیم های اندونوکلئاز AP (apurinic و apyrimidinic) جدا می شوند. بسیاری از اندونوکلئازهای مختلف AP در سلول های پرو و یوکاریوتی وجود دارد. برخی از آنها زنجیر را از سمت 3' سایت AP برش می دهند، در حالی که برخی دیگر پیوند دی استر را از سمت 5' می شکافند. در هر صورت، انتهای 3'-hydroxyl و 5'-phosphoryl تشکیل می شود. این به اگزونوکلئاز اجازه می دهد تا بقایای مجاور را در دو طرف برش همراه با آسیب حذف کند.

انواع مختلفی از ترمیم برش در موجودات پرو و یوکاریوتی، از جمله پستانداران، گسترده است. نقض فرآیندهای ترمیم برش می تواند به عواقب چشمگیری منجر شود. بنابراین، در انسان، یک بیماری ارثی شناخته شده است - خشکی پوست رنگدانهکه علائم اصلی آن افزایش حساسیت به نور خورشید است که منجر به ایجاد سرطان پوست می شود. این بیماران دارای نقص های مختلفی در ترمیم اکسیزیونی بودند.

تعمیر پس از تکثیر. این نوع ترمیم مستلزم مشارکت محصولات ژنی است که در رویدادهای نوترکیبی نیز نقش دارند (ژن های rec) و در سلول های جهش یافته rec انجام نمی شود؛ بنابراین به آن ترمیم نوترکیبی نیز می گویند. ترمیم پس از همانندسازی نوترکیب مبتنی بر فرآیندهای همانندسازی و نوترکیب DNA آسیب دیده است؛ این ترمیم کمترین ویژگی در بین تمام انواع ترمیم در نظر گرفته شده است، زیرا فاقد مرحله تشخیص آسیب است. این یک روش بازیابی نسبتاً سریع است. بومیساختارهای DNA در رشته های دختر (تازه سنتز شده): نشان داده شده است که ترمیم در اولین دقایق پس از تابش اتفاق می افتد. یکی از ویژگی های این فرآیند حفظ آسیب در زنجیره اصلی (مادر) است (شکل 2.5، B).

در کنار فست، ترمیم آهسته پس از کپی برداری نیز وجود دارد که چندین ساعت زمان نیاز دارد. این آنزیم توسط سیستمی از آنزیم‌ها تولید می‌شود که در سلول‌های بدون تابش وجود ندارد و توسط تابش ایجاد می‌شود. به این مکانیسم ترمیم SOS می گویند. تفاوت شگفت انگیز آن افزایش قابل توجه فراوانی جهش ها است، علیرغم این واقعیت که DNA از قبل آسیب دیده است. این ممکن است به دلیل استفاده از یک رشته DNA آسیب دیده به عنوان یک الگو باشد.

ترمیم پس از تکثیر نه تنها در باکتری ها، بلکه در سلول های یوکاریوتی، از جمله پستانداران نیز وجود دارد.

ترمیم خاصیت یک سلول زنده برای مبارزه با آسیب های مختلف DNA است. در دنیای اطراف، عوامل زیادی وجود دارد که می تواند باعث تغییرات غیرقابل برگشت در یک موجود زنده شود. برای حفظ یکپارچگی آن، برای جلوگیری از جهش های پاتولوژیک و ناسازگار با زندگی، باید یک سیستم خود بازیابی وجود داشته باشد. چگونه یکپارچگی ماده ژنتیکی سلول نقض می شود؟ بیایید این سوال را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم. ما همچنین خواهیم فهمید که چه مکانیسم های بازیابی بدن وجود دارد و چگونه کار می کنند.

نقض در DNA

مولکول اسید دئوکسی ریبونوکلئیک می تواند هم در طول بیوسنتز و هم تحت تأثیر مواد مضر شکسته شود. عوامل منفی، به ویژه، شامل دما یا نیروهای فیزیکی با منشأهای مختلف است. اگر تخریب اتفاق افتاده باشد، سلول فرآیند تعمیر را آغاز می کند. به این ترتیب ترمیم ساختار اولیه آغاز می شود.کمپلکس های آنزیمی خاص موجود در داخل سلول ها مسئول ترمیم هستند. برخی از بیماری ها با ناتوانی سلول های فردی در ترمیم همراه هستند. علمی که فرآیندهای جبران خسارت را مطالعه می کند زیست شناسی است. در چارچوب این رشته، آزمایش ها و آزمایش های زیادی انجام شده است که به لطف آنها روند بهبودی قابل درک تر می شود. لازم به ذکر است که مکانیسم های ترمیم DNA و همچنین تاریخچه کشف و مطالعه این پدیده بسیار جالب است. چه عواملی در شروع بهبودی نقش دارند؟ برای شروع فرآیند، لازم است که DNA توسط یک محرک ترمیم بافت تحت تاثیر قرار گیرد. آنچه است، در زیر با جزئیات بیشتری خواهیم گفت.

تاریخچه کشف

این پدیده شگفت انگیز شروع به مطالعه دانشمند آمریکایی کلنر کرد. اولین کشف مهم در راه مطالعه ترمیم، پدیده ای مانند فعال سازی نوری بود. کلنر با این اصطلاح، اثر کاهش آسیب اشعه ماوراء بنفش را در طول درمان بعدی سلول های آسیب دیده با تابش روشن در طیف مرئی نامید.

"بازیابی نور"

پس از آن، تحقیقات کلنر ادامه منطقی خود را در کار زیست شناسان آمریکایی ستلو، روپرت و برخی دیگر دریافت کرد. با تشکر از کار این گروه از دانشمندان، به طور قابل اعتماد ثابت شد که فعال سازی نوری فرآیندی است که توسط یک ماده خاص - آنزیمی که تجزیه دیمرهای تیمین را کاتالیز می کند - آغاز می شود. آنها بودند که همانطور که معلوم شد در جریان آزمایشات تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش شکل گرفتند. در همان زمان، نور مرئی درخشان باعث فعالیت آنزیم شد که به تجزیه دایمرها و بازیابی حالت اولیه بافت های آسیب دیده کمک کرد. در این مورد، ما در مورد نسخه سبک ترمیم DNA صحبت می کنیم. بیایید این را واضح تر تعریف کنیم. می توان گفت که ترمیم نور، بازسازی ساختار اصلی DNA پس از آسیب تحت تأثیر نور است. با این حال، این فرآیند تنها چیزی نیست که به از بین بردن آسیب کمک می کند.

بهبودی "تاریک".

مدتی پس از کشف نور، تعمیر تاریکی پیدا شد. این پدیده بدون هیچ گونه قرار گرفتن در معرض پرتوهای نور طیف مرئی رخ می دهد. این توانایی بازیابی در طی مطالعه حساسیت برخی از باکتری ها به اشعه ماوراء بنفش کشف شد و ترمیم DNA تیره توانایی سلول ها برای حذف هرگونه تغییر بیماری زا در اسید دئوکسی ریبونوکلئیک است. اما باید گفت که این دیگر بر خلاف کاهش نور یک فرآیند فتوشیمیایی نیست.

مکانیسم تعمیر آسیب تاریکی

مشاهدات روی باکتری ها نشان داد که مدتی پس از اینکه یک ارگانیسم تک سلولی بخشی از اشعه ماوراء بنفش را دریافت کرد، در نتیجه برخی از بخش های DNA آسیب دید، سلول فرآیندهای داخلی خود را به روش خاصی تنظیم می کند. در نتیجه، قطعه تغییر یافته DNA به سادگی از زنجیره مشترک جدا می شود. شکاف های حاصل با مواد لازم از اسیدهای آمینه دوباره پر می شوند. به عبارت دیگر، سنتز مجدد بخش های DNA انجام می شود. کشف پدیده ای مانند ترمیم بافت تیره توسط دانشمندان گام دیگری در مطالعه توانایی های محافظتی شگفت انگیز بدن حیوان و انسان است.

نحوه عملکرد سیستم جبران خسارت

آزمایش هایی که امکان آشکارسازی مکانیسم های ترمیم و وجود این توانایی را فراهم می کرد با کمک موجودات تک سلولی انجام شد. اما فرآیندهای ترمیم در سلول های زنده حیوانات و انسان ها ذاتی هستند. برخی افراد رنج می برند این بیماری به دلیل فقدان توانایی سلول ها در سنتز مجدد DNA آسیب دیده ایجاد می شود. زیرادرما ارثی است. سیستم جبران خسارت از چه چیزی ساخته شده است؟ چهار آنزیم که فرآیند ترمیم را پشتیبانی می کنند عبارتند از DNA هلیکاز، α-اگزونوکلئاز، β-پلیمراز و لیگاز. اولین مورد از این ترکیبات قادر به تشخیص آسیب در زنجیره مولکول اسید دئوکسی ریبونوکلئیک است. این نه تنها تشخیص می دهد، بلکه زنجیره را در محل مناسب قطع می کند تا بخش تغییر یافته مولکول را حذف کند. خود حذف با کمک DNA اگزونوکلئاز انجام می شود. در مرحله بعد، بخش جدیدی از مولکول اسید دئوکسی ریبونوکلئیک از اسیدهای آمینه سنتز می شود تا به طور کامل جایگزین بخش آسیب دیده شود. خوب، آکورد نهایی این پیچیده ترین روش بیولوژیکی با استفاده از آنزیم DNA لیگاز انجام می شود. مسئول اتصال محل سنتز شده به مولکول آسیب دیده است. بعد از اینکه هر چهار آنزیم کار خود را انجام دادند، مولکول DNA به طور کامل تجدید می شود و تمام آسیب ها مربوط به گذشته است. به این ترتیب مکانیسم های درون یک سلول زنده به طور هماهنگ کار می کنند.

طبقه بندی

در حال حاضر، دانشمندان انواع زیر را از سیستم های جبران خسارت تشخیص می دهند. آنها بسته به عوامل مختلف فعال می شوند. این شامل:

فعال سازی مجدد
بازیابی نوترکیبی
تعمیر هترودوپلکس.
تعمیر اکسیزیون
پیوند مجدد انتهای غیر همولوگ مولکول های DNA.

همه موجودات تک سلولی حداقل دارای سه سیستم آنزیمی هستند. هر کدام از آنها توانایی انجام فرآیند بازیابی را دارند. این سیستم ها عبارتند از: مستقیم، اکسیزیونال و پس از تکثیر. پروکاریوت ها دارای این سه نوع ترمیم DNA هستند. در مورد یوکاریوت ها، آنها مکانیسم های اضافی در اختیار دارند که Miss-mathe و Sos-repair نامیده می شوند. زیست شناسی همه این انواع خودترمیمی مواد ژنتیکی سلول ها را به تفصیل مطالعه کرده است.

ساختار مکانیسم های اضافی

ترمیم مستقیم کم پیچیدگی ترین راه برای خلاصی از تغییرات پاتولوژیک در DNA است. توسط آنزیم های خاص انجام می شود. به لطف آنها، بازسازی ساختار مولکول DNA بسیار سریع اتفاق می افتد. به عنوان یک قاعده، فرآیند در یک مرحله پیش می رود. یکی از آنزیم هایی که در بالا توضیح داده شد، O6-methylguanine-DNA متیل ترانسفراز است. یک سیستم ترمیم برش دهنده نوعی اسید دئوکسی ریبونوکلئیک خود ترمیم شونده است که شامل بریدن اسیدهای آمینه تغییر یافته و سپس جایگزینی آنها با نواحی تازه سنتز شده است. این فرآیند در حال حاضر در چند مرحله در حال انجام است. در جریان ترمیم DNA پس از همانندسازی، شکاف هایی به اندازه یک رشته می تواند در ساختار این مولکول ایجاد شود. سپس با مشارکت پروتئین RecA بسته می شوند. سیستم ترمیم پس از تکثیر از این نظر منحصر به فرد است که هیچ مرحله ای از تشخیص تغییرات بیماری زا در فرآیند آن وجود ندارد.

چه کسی مسئول مکانیسم بازیابی است

تا به امروز، دانشمندان می دانند که موجود ساده ای مانند E. coli حداقل پنجاه ژن دارد که مستقیماً مسئول ترمیم هستند. هر ژن وظایف خاصی را انجام می دهد. این موارد عبارتند از: تشخیص، حذف، سنتز، دلبستگی، شناسایی اثرات قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و غیره. متأسفانه، هر ژنی، از جمله ژن‌هایی که مسئول فرآیندهای ترمیم در سلول هستند، دستخوش تغییرات جهشی می‌شوند. اگر این اتفاق بیفتد، آنها باعث جهش های مکرر در تمام سلول های بدن می شوند.

چرا آسیب DNA خطرناک است؟

هر روز DNA سلول های ما در معرض خطر آسیب و تغییرات پاتولوژیک قرار می گیرد. این توسط عوامل محیطی مانند افزودنی های غذایی، مواد شیمیایی، تغییرات دما، میدان های مغناطیسی، استرس های متعددی که باعث ایجاد فرآیندهای خاصی در بدن می شود و موارد دیگر تسهیل می شود. اگر ساختار DNA شکسته شود، می تواند باعث جهش شدید سلول شود و ممکن است در آینده منجر به سرطان شود. به همین دلیل است که بدن مجموعه ای از اقدامات طراحی شده برای مقابله با چنین آسیب هایی دارد. حتی اگر آنزیم ها نتوانند DNA را به شکل اولیه خود برگردانند، سیستم ترمیم به گونه ای کار می کند که آسیب را به حداقل برساند.

نوترکیبی همولوگ

بیایید بفهمیم که چیست. نوترکیب تبادل مواد ژنتیکی در فرآیند شکستن و پیوستن مولکول های اسید دئوکسی ریبونوکلئیک است. در صورتی که شکستگی در DNA رخ دهد، فرآیند نوترکیبی همولوگ آغاز می شود. در جریان آن، تبادل قطعات دو مولکول انجام می شود. به همین دلیل، ساختار اصلی اسید دئوکسی ریبونوکلئیک دقیقاً بازسازی شده است. در برخی موارد، نفوذ DNA ممکن است رخ دهد. به لطف فرآیند نوترکیبی، ادغام این دو عنصر غیر مشابه امکان پذیر است.

مکانیسم بهبود و سلامت بدن

ترمیم یک پیش نیاز برای عملکرد طبیعی بدن است. ساختار چند سلولی که هر روز و هر ساعت توسط آسیب DNA و جهش تهدید می شود، سازگار می شود و زنده می ماند. این نیز به دلیل سیستم جبران خسارت است. فقدان ظرفیت بازسازی طبیعی باعث بیماری ها، جهش ها و سایر ناهنجاری ها می شود. اینها شامل آسیب شناسی های مختلف رشد، انکولوژی و حتی خود پیری است. بیماری های ارثی به دلیل نقض ترمیم می تواند منجر به تومورهای بدخیم شدید و سایر ناهنجاری های بدن شود. اکنون برخی از بیماری های ناشی از خرابی سیستم های ترمیم DNA شناسایی شده اند. اینها برای مثال پاتولوژی هایی مانند خشکی پوست، سرطان روده بزرگ غیر پولیپوز، تریکوتیودیستروفی و برخی تومورهای سرطانی هستند.

سلول‌ها دارای «تیم‌های تعمیر» مختلفی هستند که ایمنی اطلاعات ذخیره‌شده روی DNA را کنترل می‌کنند. چنین سیستم های سلولی که آسیب DNA را ترمیم می کنند، سیستم های ترمیم نامیده می شوند.

در باکتری اشریشیا کلی، بیش از 50 ژن در حال حاضر شناخته شده است که فرآیندهای ترمیم را کنترل می کنند. این ژن ها آنزیم هایی را کد می کنند که به عنوان مثال می توانند بخش های آسیب دیده یک رشته DNA را برش دهند. DNA پلیمراز این محل از زنجیره را تا حد معمول تکمیل می کند و لیگازهای DNA شکاف را در محل بخش داخلی "دوختن" می کنند. آنزیم های خاصی وجود دارند که آسیب های ناشی از اشعه ماوراء بنفش و غیره را ترمیم می کنند.

اگر جهش در برخی از ژن های سیستم ترمیم رخ دهد، این امر منجر به افزایش فراوانی جهش ها می شود. بنابراین، ژن هایی وجود دارند، جهش هایی که در آنها فراوانی جهش در سایر ژن های بدن افزایش می یابد.

همچنین مکانیسم های سلولی پیچیده ای وجود دارد که واگرایی صحیح کروموزوم ها به گامت ها را تضمین می کند. اگر این مکانیسم ها از کار بیفتند، کروموزوم اضافی وارد یک گامت می شود و کمبود کروموزوم در گامت دیگر رخ می دهد. چنین جهش های ژنومی معمولاً منجر به مرگ جنین، ناهنجاری های مادرزادی یا بیماری های ارثی می شود.

هر روز حدود 100000 پیوند در مولکول های DNA هر سلول بدن انسان به دلیل فرآیندهای درون زا و اثرات ژنوتوکسیک برون زا آسیب می بیند. آسیب DNA می تواند منجر به جهش شود، مرگ سلولی را تحریک کند یا به عنوان انگیزه ای برای تبدیل بدخیم آن عمل کند. برای جلوگیری از چنین عواقبی در سلول، چندین سیستم آنزیمی مکمل وجود دارد که فرآیندهایی را پشتیبانی می کنند که در مجموع به آنها ترمیم DNA می گویند. هدف اصلی همه این سیستم ها بازگرداندن توالی DNA است که قبل از آسیب دیدن وجود داشته است، یا در صورت عدم امکان، به حداقل رساندن تغییرات. سیستم های ترمیم DNA دقت تولید مثل و حفظ اطلاعات ژنتیکی را تضمین می کند. مکانیسم های ترمیمی که سلول برای حفظ پایداری اطلاعات جاسازی شده در DNA استفاده می کند جهانی است - همسانی عملکردی و گاهی ساختاری عناصری که این مکانیسم ها را تشکیل می دهند را می توان از باکتری تا انسان ردیابی کرد. هرچه سلول پیچیده‌تر باشد، تعداد ژن‌های ساختاری و تنظیمی و محصولات آن‌ها در فرآیندهای ترمیم DNA بیشتر است، اگرچه طرح اصلی یک فرآیند خاص، به عنوان یک قاعده، بدون تغییر باقی می‌ماند. مکانیسم‌های جبرانی شبکه پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهند که توسط اتصالات عملکردی یا وام‌گیری عناصر ساختاری بافته شده است، که تعادلی بین ثبات اطلاعات در DNA و تنوع تکاملی آن فراهم می‌کند. دقت بازتولید DNA و انتقال اطلاعات تعبیه شده در آن توسط دو فرآیند ماتریسی تضمین می شود - همانندسازی DNA و رونویسی. اگرچه DNA پلیمراز دارای فعالیت اصلاحی است، همانندسازی کاملا دقیق نیست و در صورت بروز عدم تطابق، سیستم های اصلاح پایه خطا را اصلاح می کنند.

اگر شکستگی های تک و دو رشته ای در DNA ظاهر شوند، نوترکیبی همولوگ وارد عمل می شود که به دلیل تبادل خواهری، دقیقا یکپارچگی DNA را بازیابی می کند. با این حال، نوترکیبی "توپخانه سنگین" است و در درجه اول برای تنوع طراحی شده است. هنگامی که DNA وارد سلول می شود، که فقط تا حدی با DNA سلول همولوگ است، احتمالاً با استفاده از نوترکیبی همولوگ در ژنوم ادغام می شود. دقت این فرآیند توسط سیستم تصحیح عدم تطابق قابل قبول مجدد (LCR) محافظت می‌شود، که اگر همسانی مولکول‌های DNA برهم‌کنش غیرضروری ناقص باشد، نوترکیب را متوقف می‌کند. علاوه بر این، DKNO اکثر تجمعات نوترکیبی را در سطح ssDNA در صورتی که مکمل بودن جفت نوکلئوتیدی را مختل کنند، حذف می کند. بنابراین، DCNO فرکانس تبادلات نوترکیبی را در DNA کاهش می دهد. بنابراین، سیستم DKNO از پایداری ژنوم و ویژگی گونه آن دفاع می کند. اختلالات ارثی سیستم های ترمیم سلولی در انسان منجر به ناهنجاری های مادرزادی شدید و/یا مستعد ابتلا به سرطان می شود.

سیستم های ترمیم در بسترهای مورد استفاده، آنزیم ها و مکانیسم های از بین بردن پیوندهای آسیب دیده با یکدیگر متفاوت هستند. در حال حاضر، 6 سیستم اصلی تعمیر وجود دارد - سیستم فعال سازی مجدد و بقیه سیستم های تعمیر که با تخریب و سنتز مجدد قسمت آسیب دیده DNA عمل می کنند.

در صورت آسیب شدید DNA - تشکیل شکستگی های دو رشته ای، شکاف های گسترده تک رشته ای، پیوندهای عرضی بین زنجیره ها - سیستم ترمیم نوترکیب عمل می کند، که در آن DNA آسیب دیده با نوترکیبی با یک کپی کامل از ژنتیک اصلاح می شود. ماده، اگر در سلول وجود داشته باشد. شکستگی‌های دو رشته‌ای نیز می‌توانند در طول اتحاد مجدد انتهای غیرهمولوگ متصل شوند، که، با این حال، منجر به از دست دادن برخی از مواد ژنتیکی می‌شود.

جفت بازهای غیر متعارف و هترودپلکس های کوتاه در DNA توسط سیستم ترمیم هترودوپلکس شناسایی می شوند که یک قطعه DNA به طول تا چند صد دئوکسی نوکلئوتید را که شامل یک عنصر غیر متعارف است حذف می کند و شکاف حاصل را ترمیم می کند.