Կենսաբանական դերը և վերականգնման կենսաքիմիական մեխանիզմները: Վերականգնման և վերականգնման փուլ

ԴՆԹ-ի սինթեզը տեղի է ունենում կիսապահպանողական մեխանիզմով՝ ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր շղթան պատճենվում է: Սինթեզը տեղի է ունենում հատվածներով: Կա համակարգ, որը վերացնում է ԴՆԹ-ի կրկնօրինակման սխալները (լուսապատում, վերարտադրողական և հետվերարտադրողական վերանորոգում) Վերականգնման գործընթացը շատ երկար է՝ մինչև 20 ժամ և բարդ։ Ֆերմենտներ - սահմանափակող ֆերմենտները կտրում են ԴՆԹ-ի ոչ պատշաճ հատվածը և նորից լրացնում այն: Վերանորոգումը երբեք չի ընթանում 100% արդյունավետությամբ, եթե դա տեղի ունենար, էվոլյուցիոն փոփոխականությունը չէր լինի: Վերականգնման մեխանիզմը հիմնված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլում երկու փոխլրացնող շղթաների առկայության վրա: Դրանցից մեկում նուկլեոտիդային հաջորդականության աղավաղումը հայտնաբերվում է հատուկ ֆերմենտներով։ Այնուհետև համապատասխան տեղամասը հեռացվում է և փոխարինվում է նորով, որը սինթեզվում է երկրորդ լրացուցիչ ԴՆԹ շղթայի վրա: Այս հատուցումը կոչվում է էքսցիզացիոն,դրանք. կտրվածքով: Այն իրականացվում է մինչև հաջորդ կրկնօրինակման ցիկլը, ուստի այն նաև կոչվում է նախնական վերարտադրողական.Այն դեպքում, երբ հեռացման վերանորոգման համակարգը չի ուղղում ԴՆԹ-ի մեկ շղթայում առաջացած փոփոխությունը, այդ փոփոխությունը ամրագրվում է վերարտադրության ժամանակ և այն դառնում է ԴՆԹ-ի երկու շղթաների սեփականությունը: Սա հանգեցնում է մի զույգ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդների փոխարինմանը մյուսով կամ նոր սինթեզված շղթայում փոփոխված տեղամասերի դեմ ընդմիջումների առաջացմանը: ԴՆԹ-ի նորմալ կառուցվածքի վերականգնումը կարող է տեղի ունենալ նաև կրկնօրինակումից հետո: Հետպատասխան փոխհատուցումիրականացվում է ԴՆԹ-ի երկու նոր ձևավորված կրկնակի շղթաների միջև ռեկոմբինացիայի միջոցով: Նախքան վերարտադրողական և հետվերարտադրողական վերանորոգման ընթացքում ԴՆԹ-ի վնասված կառուցվածքի մեծ մասը վերականգնվում է: Եթե ​​խցում, չնայած ընթացող վերանորոգմանը, վնասի չափը մնում է բարձր, ապա դրանում արգելափակվում են ԴՆԹ-ի վերարտադրության գործընթացները։ Նման բջիջը չի բաժանվում:

19. Գեն, նրա հատկությունները. Գենետիկ կոդը, դրա հատկությունները. ՌՆԹ-ի կառուցվածքը և տեսակները. Մշակում, զուգավորում։ ՌՆԹ-ի դերը ժառանգական տեղեկատվության իրացման գործընթացում.

Գեն - ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մի հատված, որը տեղեկատվություն է կրում պոլիպեպտիդային շղթայի կամ մակրոմոլեկուլի կառուցվածքի մասին: Մեկ քրոմոսոմի գեները դասավորված են գծային՝ կազմելով կապող խումբ։ ԴՆԹ-ն քրոմոսոմում կատարում է տարբեր գործառույթներ. Գոյություն ունեն գեների տարբեր հաջորդականություններ, կան գեների հաջորդականություններ, որոնք վերահսկում են գեների արտահայտումը, վերարտադրությունը և այլն: Կան գեներ, որոնք պարունակում են տեղեկատվություն պոլիպեպտիդային շղթայի կառուցվածքի, ի վերջո՝ կառուցվածքային սպիտակուցների մասին: Մեկ գենի երկարությամբ նուկլեոտիդների նման հաջորդականությունները կոչվում են կառուցվածքային գեներ: Գենները, որոնք որոշում են կառուցվածքային գեների ընդգրկման տեղը, ժամանակը, տեւողությունը, կարգավորող գեներ են։

Գեները փոքր են չափերով, թեև դրանք բաղկացած են հազարավոր բազային զույգերից։ Գենի առկայությունը հաստատվում է գենի հատկանիշի (վերջնական արտադրանքի) դրսևորմամբ։ Գենետիկական ապարատի կառուցվածքի և աշխատանքի ընդհանուր սխեման առաջարկվել է 1961 թվականին Յակոբ Մոնոդի կողմից։ Նրանք առաջարկեցին, որ գոյություն ունի ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մի հատված, որն ունի կառուցվածքային գեների խումբ: Այս խմբին կից գտնվում է 200 bp տեղամաս՝ պրոմոտորը (ԴՆԹ-կախյալ ՌՆԹ պոլիմերազի միացման վայրը): Օպերատորի գենը հարում է այս կայքին: Ամբողջ համակարգի անունը օպերոն է։ Կարգավորումն իրականացվում է կարգավորող գենով։ Արդյունքում ռեպրեսորային սպիտակուցը փոխազդում է օպերատորի գենի հետ, և օպերոնը սկսում է աշխատել։ Սուբստրատը փոխազդում է գենային կարգավորիչների հետ, օպերոնն արգելափակվում է։ Հետադարձ կապի սկզբունքը. Օպերոնի արտահայտությունը միացված է որպես ամբողջություն։

Էուկարիոտների մոտ գեների արտահայտությունը չի ուսումնասիրվել: Պատճառը լուրջ խոչընդոտներն են.

Գենետիկական նյութի կազմակերպում քրոմոսոմների տեսքով

Բազմաբջջային օրգանիզմներում բջիջները մասնագիտացված են և, հետևաբար, որոշ գեներ անջատված են:

Հիստոնային սպիտակուցների առկայություն, մինչդեռ պրոկարիոտներն ունեն «մերկ» ԴՆԹ։

ԴՆԹ-ն մակրոմոլեկուլ է, այն չի կարող միջուկից մտնել ցիտոպլազմա և տեղեկատվություն փոխանցել։ Սպիտակուցի սինթեզը հնարավոր է mRNA-ի շնորհիվ: Էուկարիոտիկ բջիջում տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում հսկայական արագությամբ: Նախ հայտնվում է պրո-ի-ՌՆԹ կամ նախաի-ՌՆԹ: Դա բացատրվում է նրանով, որ էուկարիոտներում mRNA-ն առաջանում է վերամշակման (հասունացման) արդյունքում։ Գենն ունի ընդհատվող կառուցվածք։ Կոդավորող շրջանները էկզոններ են, իսկ ոչ կոդավորող շրջանները՝ ինտրոններ։ Էուկարիոտ օրգանիզմների գենն ունի էկզոն-ինտրոն կառուցվածք։ Ինտրոնն ավելի երկար է, քան էկզոնը։ Մշակման գործընթացում ինտրոնները «կտրվում» են՝ զուգավորում։ Հասուն mRNA-ի ձևավորումից հետո, հատուկ սպիտակուցի հետ փոխազդեցությունից հետո, այն անցնում է համակարգ՝ ինֆորմոսոմ, որը տեղեկատվությունը տեղափոխում է ցիտոպլազմա։ Այժմ էկզոն-ինտրոնային համակարգերը լավ ուսումնասիրված են (օրինակ՝ օնկոգենը՝ P-53)։ Երբեմն մի գենի ինտրոնները մյուսի էկզոններն են, այնուհետև զուգավորումն անհնար է։ Մշակումը և զուգավորումն ի վիճակի են միավորել միմյանցից հեռու գտնվող կառույցները մեկ գենի մեջ, ուստի դրանք մեծ էվոլյուցիոն նշանակություն ունեն: Նման գործընթացները պարզեցնում են տեսակավորումը։ Սպիտակուցներն ունեն բլոկային կառուցվածք։ Օրինակ, ֆերմենտը ԴՆԹ պոլիմերազն է: Դա շարունակական պոլիպեպտիդային շղթա է։ Այն բաղկացած է սեփական ԴՆԹ պոլիմերազից և էնդոնուկլեազից, որը կտրում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլը ծայրից։ Ֆերմենտը բաղկացած է 2 տիրույթից, որոնք կազմում են 2 անկախ կոմպակտ մասնիկներ՝ կապված պոլիպեպտիդային կամրջով։ Երկու ֆերմենտային գեների սահմանին կա ինտրոն: Ժամանակին տիրույթները առանձին գեներ էին, իսկ հետո մոտեցան։ Նման գենային կառուցվածքի խախտումները հանգեցնում են գենային հիվանդությունների։ Ինտրոնի կառուցվածքի խախտումը ֆենոտիպորեն աննկատ է, էկզոնների հաջորդականության խախտումը հանգեցնում է մուտացիայի (գլոբինի գեների մուտացիա)։

Բջջի ՌՆԹ-ի 10-15%-ը փոխանցում է ՌՆԹ-ն: Կան փոխլրացնող շրջաններ։ Կա հատուկ եռյակ՝ հակակոդոն, եռյակ, որը չունի կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներ՝ GHC։ Ռիբոսոմի 2 ենթամիավորների և mRNA-ի փոխազդեցությունը հանգեցնում է սկզբնավորման: Կան 2 տեղամասեր՝ պեկտիդիլ և ամինացիլ։ Նրանք համապատասխանում են ամինաթթուներին: Պոլիպեպտիդի սինթեզը տեղի է ունենում քայլ առ քայլ: Երկարացում - պոլիպեպտիդային շղթայի կառուցման գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև այն հասնի անիմաստ կոդոնի, ապա տեղի է ունենում դադարեցում: Ավարտվում է պոլիպեպտիդի սինթեզը, որն այնուհետև մտնում է ER ալիքներ: Ստորաբաժանումներն առանձնանում են։ Բջջում սինթեզվում են տարբեր քանակությամբ սպիտակուցներ։

Դասախոսության ուրվագիծ 1. ԴՆԹ-ի վնասման տեսակները 1. ԴՆԹ-ի վնասների տեսակները 2. ԴՆԹ-ի վերականգնումը, տեսակները և մեխանիզմները. 2. ԴՆԹ-ի վերականգնում, տեսակներն ու մեխանիզմները. Ուղղակի ուղղակի էքսցիզացիոն հետվերարտադրողական հետվերարտադրողական SOS վերականգնում SOS վերականգնում 3. Վերականգնում և ժառանգական հիվանդություններ 3. Վերականգնողական և ժառանգական հիվանդություններ

ԴՆԹ-ի բնօրինակ կառուցվածքի վերականգնման գործընթացը կոչվում է ԴՆԹ-ի վերականգնում կամ գենետիկ վերականգնում, իսկ դրանում ներգրավված համակարգերը կոչվում են վերանորոգման համակարգեր: ԴՆԹ-ի բնօրինակ կառուցվածքի վերականգնման գործընթացը կոչվում է ԴՆԹ-ի վերականգնում կամ գենետիկ վերականգնում, իսկ դրանում ներգրավված համակարգերը կոչվում են վերանորոգման համակարգեր: Ներկայումս հայտնի են գենետիկական վերականգնման մի քանի մեխանիզմներ. Նրանցից ոմանք ավելի պարզ են և «միանում» ԴՆԹ-ի վնասումից անմիջապես հետո, մյուսները պահանջում են մեծ թվով ֆերմենտների ինդուկտացիա, և դրանց գործողությունը երկարաձգվում է ժամանակի ընթացքում: Ներկայումս հայտնի են գենետիկական վերականգնման մի քանի մեխանիզմներ. Նրանցից ոմանք ավելի պարզ են և «միանում» ԴՆԹ-ի վնասումից անմիջապես հետո, մյուսները պահանջում են մեծ թվով ֆերմենտների ինդուկտացիա, և դրանց գործողությունը երկարաձգվում է ժամանակի ընթացքում:

Մոլեկուլային մեխանիզմի տեսանկյունից ԴՆԹ-ի մոլեկուլների առաջնային վնասը կարելի է վերացնել երեք եղանակով. Մոլեկուլային մեխանիզմի տեսանկյունից ԴՆԹ-ի մոլեկուլների առաջնային վնասը կարելի է վերացնել երեք եղանակով. 1.Ուղիղ վերադարձ սկզբնական վիճակին; 2. կտրել վնասված հատվածը և փոխարինել այն սովորականով. 2. կտրել վնասված հատվածը և փոխարինել այն սովորականով. 3. ռեկոմբինացիոն վերականգնում` շրջանցելով վնասված տարածքը. 3. ռեկոմբինացիոն վերականգնում` շրջանցելով վնասված տարածքը.

ԴՆԹ-ի ինքնաբուխ վնաս Վերարտադրման սխալներ (ոչ կոմպլեմենտար հիմքերի զույգերի տեսք) Կրկնօրինակման սխալներ (ոչ կոմպլեմենտար հիմքերի զույգերի տեսք) Ապուրինացում (ազոտային հիմքերի տարանջատում նուկլեոտիդից) Ապուրինիզացիա (ազոտային հիմքերի բաժանում նուկլեոտիդից ամինո խումբ) Դեամինացիա (ամինո խմբի բաժանում)

ԴՆԹ-ի առաջացած վնաս Դիմերիզացիա (հարակից պիրիմիդինային հիմքերի խաչաձև կապում՝ դիմերի ձևավորման համար) Դիմերիզացիա (հարակից պիրիմիդինային հիմքերի միացում՝ դիմերի ձևավորման համար) ԴՆԹ-ի ընդմիջումներ.

ԴՆԹ-ի ՈՒՂԻՂ ՎԵՐԱՆՈՐՈԳՈՒՄ Այս տեսակի վերանորոգումն ապահովում է ԴՆԹ-ի սկզբնական կառուցվածքի ուղղակի վերականգնում կամ վնասի վերացում: Վերանորոգման այս տեսակը ապահովում է ԴՆԹ-ի սկզբնական կառուցվածքի ուղղակի վերականգնում կամ վնասի վերացում: Այս տեսակի վերանորոգման լայնորեն տարածված համակարգ է պիրիմիդինային դիմերների ֆոտոռեակտիվացումը: Այս տեսակի վերանորոգման լայնորեն տարածված համակարգ է պիրիմիդինային դիմերների ֆոտոռեակտիվացումը: Սա առայժմ միակ հայտնի ֆերմենտային ռեակցիան է, որի ակտիվացման գործոնը ոչ թե քիմիական էներգիան է, այլ տեսանելի լույսի էներգիան: Սա առայժմ միակ հայտնի ֆերմենտային ռեակցիան է, որի ակտիվացման գործոնը ոչ թե քիմիական էներգիան է, այլ տեսանելի լույսի էներգիան: Սա ակտիվացնում է ֆոտոլիազ ֆերմենտը, որը բաժանում է դիմերները: Սա ակտիվացնում է ֆոտոլիազ ֆերմենտը, որը բաժանում է դիմերները:

Ֆոտովերանորոգում Սխեմատիկորեն լույսի վերանորոգումն ունի հետևյալ տեսքը. 1. Նորմալ ԴՆԹ-ի մոլեկուլ Ճառագայթում ուլտրամանուշակագույն լույսով 2. Մուտանտ ԴՆԹ-ի մոլեկուլ՝ պիրիմիդին դիմերների ձևավորում: Տեսանելի լույսի գործողություն 3. Ֆոտոլիզա ֆերմենտի սինթեզ 4. Պիրիմիդինային հիմքերի դիմերների ճեղքում 5. ԴՆԹ-ի նորմալ կառուցվածքի վերականգնում

Հաստատվել է, որ բացի 5'-3'-պոլիմերազային ակտիվությունից, պոլիմերազների մեծ մասն ունի 3'-5'- էկզոնուկլեազային ակտիվություն, որն ապահովում է հնարավոր սխալների ուղղումը։ Հաստատվել է, որ բացի 5'-3'-պոլիմերազային ակտիվությունից, պոլիմերազների մեծ մասն ունի 3'-5'- էկզոնուկլեազային ակտիվություն, որն ապահովում է հնարավոր սխալների ուղղումը։ Այս ուղղումն իրականացվում է երկու փուլով. նախ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդը ստուգվում է կաղապարի համապատասխանության համար, նախքան այն ընդգրկվել է աճող շղթայում, ապա մինչև հաջորդ նուկլեոտիդը ներառվել է շղթայում: Այս ուղղումն իրականացվում է երկու փուլով. նախ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդը ստուգվում է կաղապարի համապատասխանության համար, նախքան այն ընդգրկվել է աճող շղթայում, ապա մինչև հաջորդ նուկլեոտիդը ներառվել է շղթայում: ԴՆԹ-ի վերականգնում ԴՆԹ ՊՈԼԻՄԵՐԱԶՆԵՐԻ ԷԿԶՈՆՈՒԿԼԱԶԱՅԻՆ ԳՈՐԾՈՒՆԵՈՒԹՅԱՆ ՀԵՏ

Երբ սխալ նուկլեոտիդ է տեղադրվում, կրկնակի պարույրը դեֆորմացվում է: Սա թույլ է տալիս DNA-P-ին շատ դեպքերում ճանաչել աճող շղթայի թերությունը: Եթե ​​սխալ տեղադրված նուկլեոտիդը չի կարողանում ջրածնային կապ ստեղծել կոմպլեմենտար հիմքի հետ, ապա ԴՆԹ-II-ը կդադարեցնի վերարտադրման գործընթացը, մինչև ճիշտ նուկլեոտիդը զբաղեցնի իր տեղը: Էուկարիոտներում ԴՆԹ-P-ն չունի 3-5 էկզոնուկլեազային ակտիվություն։ Երբ սխալ նուկլեոտիդ է տեղադրվում, կրկնակի պարույրը դեֆորմացվում է: Սա թույլ է տալիս DNA-P-ին շատ դեպքերում ճանաչել աճող շղթայի թերությունը: Եթե ​​սխալ տեղադրված նուկլեոտիդը չի կարողանում ջրածնային կապ ստեղծել կոմպլեմենտար հիմքի հետ, ապա ԴՆԹ-II-ը կդադարեցնի վերարտադրման գործընթացը, մինչև ճիշտ նուկլեոտիդը զբաղեցնի իր տեղը: Էուկարիոտներում ԴՆԹ-P-ն չունի 3-5 էկզոնուկլեազային ակտիվություն։

Ալկիլացման վնասի վերականգնում Ալկիլ կամ մեթիլ խմբերի ավելացման հետևանքով առաջացած գենետիկական վնասը կարող է վերականգնվել այս խմբերի հեռացման միջոցով հատուկ ֆերմենտների միջոցով: Հատուկ ֆերմենտը O 6 մեթիլգուանին տրանսֆերազը ճանաչում է O 6 մեթիլգուանինը ԴՆԹ-ում և հեռացնում է մեթիլ խումբը և հիմքը վերադարձնում իր սկզբնական ձևին: Ալկիլ կամ մեթիլ խմբերի ավելացման հետևանքով առաջացած գենետիկ վնասը կարող է վերականգնվել այս խմբերի հեռացման միջոցով հատուկ ֆերմենտների միջոցով: Հատուկ ֆերմենտը O 6 մեթիլգուանին տրանսֆերազը ճանաչում է O 6 մեթիլգուանինը ԴՆԹ-ում և հեռացնում է մեթիլ խումբը և հիմքը վերադարձնում իր սկզբնական ձևին:

Պոլինուկլեոտիդային լիգազի գործողությունը Օրինակ՝ ԴՆԹ-ի միաշղթա կոտրվածքները կարող են առաջանալ իոնացնող ճառագայթման ազդեցության տակ։ Պոլինուկլեոտիդ լիգազի ֆերմենտը նորից միացնում է ԴՆԹ-ի կոտրված ծայրերը։ Օրինակ՝ իոնացնող ճառագայթման ազդեցության տակ ԴՆԹ-ում կարող են առաջանալ միաշղթա ընդմիջումներ։ Պոլինուկլեոտիդ լիգազի ֆերմենտը նորից միացնում է ԴՆԹ-ի կոտրված ծայրերը։

Էկզիզացիոն վերականգնման փուլեր 1. ԴՆԹ-ի վնասի ճանաչում էնդոնուկլեազով 1. ԴՆԹ-ի վնասի ճանաչում էնդոնուկլեազով 2. ԴՆԹ-ի շղթայի կտրում (կտրում) ֆերմենտի կողմից վնասի երկու կողմերում 2. ԴՆԹ-ի շղթայի կտրում (հատում) վնասի երկու կողմերում գտնվող ֆերմենտը 3. Հելիկազով վնասի հեռացում (կտրում և հեռացում) 3. Հելիկազանով վնասի հեռացում (կտրում և հեռացում) 4. Ռեսինթեզ. ԴՆԹ-P-ն լրացնում է բացը և լիգազան միանում է ԴՆԹ-ի ծայրերին։ 4. Վերսինթեզ։ ԴՆԹ-P-ն լրացնում է բացը, իսկ լիգազան միանում է ԴՆԹ-ի ծայրերին

Անհամապատասխանության վերականգնում ԴՆԹ-ի վերարտադրության ժամանակ զուգավորման սխալներ են տեղի ունենում, երբ ոչ կոմպլեմենտար զույգեր են առաջանում A-T, G-C կոմպլեմենտար զույգերի փոխարեն: Անհամապատասխանությունը ազդում է միայն երեխայի շղթայի վրա: Անհամապատասխանության վերականգնման համակարգը պետք է գտնի դուստր շարանը և փոխարինի ոչ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներին: ԴՆԹ-ի վերարտադրության ժամանակ զուգավորման սխալներ են տեղի ունենում, երբ ոչ կոմպլեմենտար զույգեր են առաջանում A-T, G-C կոմպլեմենտար զույգերի փոխարեն։ Անհամապատասխանությունը ազդում է միայն երեխայի շղթայի վրա: Անհամապատասխանության վերականգնման համակարգը պետք է գտնի դուստր շարանը և փոխարինի ոչ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդներին:

Անհամապատասխանության վերանորոգում Ինչպե՞ս տարբերակել մանկական շարանը ծնողական թելից: Ինչպե՞ս տարբերակել մանկական շղթան ծնողական շղթայից: Պարզվում է, որ հատուկ մեթիլազային ֆերմենտները մեթիլ խմբեր են կապում ադենիններին GATC հաջորդականությամբ մայր շղթայի վրա և այն դառնում է մեթիլացված՝ ի տարբերություն չմեթիլացված դստեր: E. coli-ում 4 գեների արգասիքները արձագանքում են անհամապատասխանության վերականգնմանը՝ mut S, mut L, mut H, mut U: Պարզվում է, որ հատուկ մեթիլազային ֆերմենտները մեթիլ խմբեր են կապում ադենիններին GATC հաջորդականությամբ մայրական շղթայի վրա և այն: դառնում է մեթիլացված, ի տարբերություն չմեթիլացված երեխայի: E. coli-ում 4 գեների արտադրանքները համապատասխանում են անհամապատասխանության վերականգնմանը՝ mut S, mut L, mut H, mut U:

ԴՆԹ-ի հետվերարտադրողական վերականգնում Հետվերարտադրողական ԴՆԹ-ի վերականգնումը տեղի է ունենում, երբ վնասը վերապրում է մինչև վերարտադրման փուլը (չափազանց մեծ վնաս, կամ վնասը տեղի է ունեցել անմիջապես վերարտադրումից առաջ) կամ այնպիսի բնույթ է կրում, որը անհնար է դարձնում այն ​​վերարտադրող վերանորոգման միջոցով (օրինակ. , ԴՆԹ-ի շղթաների խաչաձեւ կապ): Այս համակարգը հատկապես կարևոր դեր է խաղում էուկարիոտների մեջ՝ ապահովելով նույնիսկ վնասված մատրիցից պատճենելու հնարավորություն (թեև սխալների ավելացված քանակով): ԴՆԹ-ի այս տեսակի վերանորոգման տարատեսակներից մեկը ռեկոմբինացիոն վերանորոգումն է:

SOS վերանորոգում Հայտնաբերվել է 1974 թվականին Մ.Ռադմանի կողմից։ Նա տվել է անունը՝ ներառելով միջազգային աղետի ազդանշան: Միանում է, երբ ԴՆԹ-ում այնքան մեծ վնաս կա, որ դրանք սպառնում են բջջի կյանքին: Առաջանում է սպիտակուցների սինթեզ, որոնք կցվում են ԴՆԹ-II համալիրին և կառուցում են դստեր ԴՆԹ շղթա՝ արատավոր կաղապարի դիմաց: Արդյունքում, ԴՆԹ-ն կրկնապատկվում է սխալմամբ, և բջիջների բաժանումը կարող է տեղի ունենալ: Բայց եթե ազդեն կենսական գործառույթների վրա, բջիջը կմահանա: Հայտնաբերվել է 1974 թվականին Մ.Ռադմանի կողմից։ Նա տվել է անունը՝ ներառելով միջազգային աղետի ազդանշան: Միանում է, երբ ԴՆԹ-ում այնքան մեծ վնաս կա, որ դրանք սպառնում են բջջի կյանքին: Առաջանում է սպիտակուցների սինթեզ, որոնք կցվում են ԴՆԹ-II համալիրին և կառուցում են դստեր ԴՆԹ շղթա՝ արատավոր կաղապարի դիմաց: Արդյունքում, ԴՆԹ-ն կրկնապատկվում է սխալմամբ, և բջիջների բաժանումը կարող է տեղի ունենալ: Բայց եթե ազդեն կենսական գործառույթների վրա, բջիջը կմահանա:

ԴՆԹ-ի ՎԵՐԱՆԳՆՈՒՄ ԵՎ ՄԱՐԴԿԱՅԻՆ ԺԱՌԱՆԳՈՒԹՅԱՆ ՀԻՎԱՆԴՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ Մարդու վերականգնողական համակարգի խախտումը պատճառ է.

Հիվանդություններ, որոնք կապված են վերականգնողական խանգարումների հետ: Հաթչինսոն-Գիլֆորդ) երեխաների պրոգերիա (Հաթչինսոն-Գիլֆորդի համախտանիշ) մեծահասակների պրոգերիա (Վերների համախտանիշ) մեծահասակների պրոգերիա (Վերների համախտանիշ)

Ատաքսիա-տելանգիեկտազիա կամ Լուի-Բարի համախտանիշ՝ A-P, ուղեղային ատաքսիա, շարժումների կոորդինացման խանգարում, տելանգիեկտազներ՝ փոքր անոթների տեղային չափազանց մեծ ընդլայնում, իմունային անբավարարություն, քաղցկեղի հակում: Բլումի համախտանիշ՝ A-P, բարձր զգայունություն ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների նկատմամբ, հիպերպիգմենտացիա, դեմքի կարմրություն թիթեռի տեսքով։

Տրիխոթիոդիստրոֆիա՝ A-P, ծծմբի պակաս մազի բջիջներում, փխրունություն, վագրի պոչի նմանություն, մաշկի, ատամների անոմալիաներ, սեռական զարգացման արատներ։ Կոկեյնի համախտանիշ՝ A-P, թզուկություն նորմալ աճի հորմոններով, խուլություն, օպտիկական ատրոֆիա, արագացված ծերացում, զգայուն արևի լույսի նկատմամբ: Ֆանկոնի անեմիա՝ արյան բոլոր բջջային տարրերի քանակի նվազում, կմախքի խանգարումներ, միկրոցեֆալիա, խուլություն։ Պատճառը պիրիմիդինային դիմերների հեռացման խախտումն է և միջշերտ ԴՆԹ-ի խաչմերուկների վերականգնման խախտումը։

Գրականություն՝ 1. Գենետիկա. Էդ. Իվանովա Վ.Ի. Մ., Ժիմուլև Ի.Ֆ. Ընդհանուր և մոլեկուլային գենետիկա. Նովոսիբիրսկ, Մումինով Տ.Ա., Կուանդիկով Ե.Ու. Մոլեկուլային կենսաբանության հիմունքներ (դասախոսությունների դասընթաց). Ալմաթի, Մուշկամբարով Ն.Ն., Կուզնեցով Ս.Լ. Մոլեկուլային կենսաբանություն. Մ., 2003:

Չնայած ԴՆԹ-ի վերարտադրությունն իրականացնող ֆերմենտների աշխատանքի բարձր ճշգրտությանը, ինչպես նաև սրբագրման մեխանիզմի առկայությանը, ԴՆԹ-ի նոր շղթաների սինթեզի ժամանակ դեռևս տեղի են ունենում սխալներ՝ կապված դրանց կազմի մեջ ոչ կոմպլեմենտար նուկլեոտիդների ընդգրկման հետ: Բացի այդ, բջիջներում ԴՆԹ-ի մոլեկուլները ենթարկվում են տարբեր ֆիզիկական և քիմիական գործոնների, որոնք խախտում են դրանց կառուցվածքը: ԴՆԹ-ի ամենատարածված վնասներից մի քանիսը ներառում են.

Պուրինի և դեզօքսիրիբոզի միջև (b-N)-գլիկոզիդային կապերի խզում (դեպուրինացիա), որն առավել հաճախ ջերմաստիճանի բարձրացման արդյունք է։ Մարդկային խցում օրական կատարվում է 5000-ից 10000 գործողություն depurination;

Ցիտոզինի և ադենինի մնացորդների ինքնաբուխ դեամինացիա՝ համապատասխանաբար ուրացիլի և հիպոքսանտինի մնացորդների ձևավորմամբ (օրական մոտ 100 դեպք մեկ գենոմում);

Ազոտային հիմքերի ալկիլացում հատուկ դասի քիմիական նյութերի ազդեցության տակ ( ալկիլացնող նյութեր);

- intercalation(ներկառուցում) որոշ միացություններ հարակից զույգ նուկլեոտիդների միջև.

ԴՆԹ շղթաների միջև կովալենտ խաչաձև կապերի ձևավորում երկֆունկցիոնալ նյութերի ազդեցության տակ.

Շղթայում հարակից պիրիմիդինների միջև ուլտրամանուշակագույն լույսի (ուլտրամանուշակագույն) կլանումից առաջացող ցիկլոբուտանի դիմերների ձևավորումը (նկ. 2.2):

Այս վնասների մեծ մասը խախտում է գեների վերարտադրման և արտահայտման գործընթացները, օրինակ՝ E. coli ԴՆԹ-ի յուրաքանչյուր թիմին դիմեր հետաձգում է վերարտադրությունը 10 վայրկյանով: Բացի այդ, այս վնասները մուտացիաների աղբյուր են, եթե դրանք չվերականգնվեն մինչև ԴՆԹ-ի վերարտադրության սկիզբը:

Ամենից հաճախ նման խախտումները տեղի են ունենում միայն ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկում, մինչդեռ վնասին հակառակ երկրորդ շարանը շատ դեպքերում պարունակում է «ճիշտ» հաջորդականությունը, որը կարող է ծառայել որպես սխալների ուղղման մատրիցա: Այսպիսով, ԴՆԹ-ի կրկնակի խխունջը, ինչպես նաև այն փաստը, որ այն կոդավորում է վերականգնող ֆերմենտների կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը, հնարավոր է դարձնում սխալի ուղղման եզակի մեխանիզմ՝ վերանորոգում, որը բնորոշ է միայն մեկ դասի մոլեկուլներին՝ ԴՆԹ-ին:

Կան բազմաթիվ վերականգնողական համակարգեր և մեխանիզմներ, որոնք գոյություն ունեն տարբեր օրգանիզմներում, դրանց թվում կան այնպիսիք, որոնք հատուկ են միայն մեկ տեսակի վնասները վերականգնելու համար, և կան նաև ավելի քիչ հատուկներ: Հարմարության համար ներկայումս հայտնի բոլոր վերանորոգման գործընթացները կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի. 2) ավելի բարդ գործընթացներ, որոնց ընթացքում տեղի է ունենում վերանորոգման կրկնօրինակում: Լավագույն ուսումնասիրված վերանորոգման մեխանիզմները վերաբերում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով առաջացած վնասի վերականգնմանը՝ պիրիմիդինային դիմերներին (նկ. 2.2):

Քանի որ ուլտրամանուշակագույն լույսից կախված ֆերմենտները ներգրավված են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքների վերացման ամենահայտնի գործընթացներում, վերականգնման մեխանիզմները նույնպես բաժանվում են լույսի (որը կարող է իրականացվել միայն տեսանելի լույսի ներքո) և մութի (որը մասնակցություն չի պահանջում: տեսանելի լույսի) վերանորոգում։

Վնասի ուղղակի վերականգնման մեխանիզմները ներառում են գուանինի մնացորդների դելկիլացում և ցիկլոբուտանի դիմերների մոնոմերացում հարակից պիրիմիդինային հիմքերի միջև: Մեթիլգուանինի մնացորդների դելկիլացումը վերաբերում է մութ վերականգնմանը և տեղի է ունենում բակտերիաների բջիջներում առկա ֆերմենտների մասնակցությամբ և սնուցում: O6-մեթիլգուանին-ԴՆԹ-ալկիլ-տրանսֆերազը կատալիզացնում է ալկիլ խմբերի փոխանցումը ֆերմենտի ցիստեինի մնացորդների սուլֆհիդրիլ խմբերին (նկ. 2.3):

Ընթացքում տեղի է ունենում դիմերների ճեղքում պիրիմիդինային նուկլեոտիդների միջև ֆոտոռեակտիվացում- ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման հետևանքով վնասված ԴՆԹ-ի մոլեկուլների կառուցվածքի վերականգնում տեսանելի լույսի հետագա ազդեցության արդյունքում (լույսի վերականգնում): Հայտնի ոչ ֆերմենտային կարճ ալիքային ֆոտոռեակտիվացում, որը բաղկացած է 240 նմ ալիքի երկարությամբ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ դիմերների մոնոմերացումից, ինչպես նաև ֆերմենտային ֆոտոռեակտիվացումից: Վերջինս սովորաբար հասկացվում է որպես ինքնին ֆոտոռեակտիվացում: Այս գործընթացը պահանջում է 300-600 նմ ալիքի երկարությամբ տեսանելի լույսի մասնակցություն և իրականացվում է հատուկ ֆոտոռեակտիվացնող ֆերմենտների (դեզօքսիրիբոպիրիմիդին ֆոտոլիազ) ազդեցության ներքո։ Պիրիմիդինային հիմքերի դիմերները ծառայում են որպես ֆոտոլիազի սուբստրատ, որի հետ այն կազմում է բարդույթ (ֆերմենտը չի կապվում անձեռնմխելի ԴՆԹ-ի հետ)։ Օգտագործելով կլանված լույսի էներգիան՝ ֆերմենտը ոչնչացնում է դիմերը՝ չկոտրելով ԴՆԹ-ի շղթաները (նկ. 2.4):

Ֆոտոռեակտիվացման ֆենոմենը տարածված է բնության մեջ և հայտնաբերվել է նույնիսկ այնպիսի պարզունակ միկրոօրգանիզմների մեջ, ինչպիսիք են միկոպլազմաները։ Ֆոտոակտիվացնող ֆերմենտներ են հայտնաբերվել որոշ բարձրակարգ բույսերի և կենդանիների և բոլոր ուսումնասիրված բակտերիաների մեջ, բացառությամբ Deinococcus radiodurans-ի, որը, սակայն, չափազանց դիմացկուն է ուլտրամանուշակագույն լույսի նկատմամբ. . Ֆոտոռեակտիվացման ունակության իսպառ բացակայության դեպքում D. radiodurans-ն ունի էքսցիայի վերականգնման հզոր համակարգ:

Խեղաթյուրված շրջանների փոխարինման հետ կապված վերականգնողական իրադարձությունները չեն պահանջում տեսանելի լույսի մասնակցություն և, ի լրումն այլ ֆերմենտների, դրանցում կարևոր դեր են խաղում երկու տեսակի նուկլեազներ՝ էկզո- և էնդոնուկլեազներ: Էկզոնուկլեազները կտրում են ԴՆԹ-ն՝ սկսած շղթաների ծայրերից, մինչդեռ էնդոնուկլեազները հարձակվում են ներքին մասերի թելերի վրա՝ առաջացնելով ԴՆԹ-ի միաշղթա ճեղքեր։ Վերականգնողական ԴՆԹ-ի սինթեզի հետ կապված վերականգնման տարբեր տեսակների շարքում կարելի է առանձնացնել երկու հիմնական. էքսցիզացիոնև հետվերարտադրողականհատուցում.

էքցիզիոն վերանորոգում.Էքցիզիոն վերականգնման տարբերակիչ հատկանիշը վնասված ԴՆԹ շրջանի հեռացումն է: Վերանորոգման այս տեսակը ԴՆԹ-ի վնասվածքի առումով այնքան էլ սպեցիֆիկ չէ, որքան ֆոտոռեակտիվացումը, և այն կարող է օգտագործվել ոչ միայն պիրիմիդինի դիմերները, այլև ԴՆԹ-ի կառուցվածքում շատ այլ փոփոխություններ վերականգնելու համար: Էքցիզիոն վերանորոգումը (նկ. 2.5, Ա) բազմափուլ գործընթաց է և ներառում է հետևյալ իրադարձությունները.

1) ԴՆԹ-ում վնասի ճանաչում, որն իրականացվում է հատուկ էնդոնուկլեազներով, որոնք կատարում են նաև հաջորդ փուլը.

2) ԴՆԹ-ի մեկ շղթայի կտրվածք վնասի մոտ. կտրվածք(իրականացվում է էնդոնուկլեազների կողմից);

3) մի խումբ նուկլեոտիդների հեռացում վնասի հետ մեկտեղ. հեռացում(կատարել էկզոնուկլեազներ);

4) ԴՆԹ-ի վերասինթեզ՝ առաջացած բացը լրացնելը (ԴՆԹ պոլիմերազային ակտիվություն);

5) վերանորոգված շղթայի շարունակականության վերականգնում մոլեկուլի շաքարաֆոսֆատային ողնաշարի կովալենտային կապերի առաջացման պատճառով.

Էքսցիզիայի վերականգնման մեխանիզմը լավագույնս ուսումնասիրվում է՝ օգտագործելով ուլտրամանուշակագույն ճառագայթված E. coli ԴՆԹ-ից պիրիմիդինային դիմերների մուգ հեռացման օրինակը: E. coli բջիջներում այս գործընթացի համար պատասխանատու են uvrA-D գեները (կոդավորում են ԴՆԹ-ի շղթայի մի հատվածը դիմերի միջոցով կտրող ֆերմենտների կառուցվածքը), ինչպես նաև polA-ն (որոշում է ԴՆԹ պոլիմերազ I-ի կառուցվածքը, որը կատարում է վերականգնողական ԴՆԹ սինթեզ): Էքսցիզիոն վերանորոգման այս մեթոդի առանձնահատկությունն այն է, որ տիմինի դիմերի երկու կողմերում միաշղթա կտրվածքների առաջացումը:

Որոշ օրգանիզմներ օգտագործում են վնասը վերականգնելու համար, ներառյալ նրանք, որոնք կապված են տիմինի դիմերների ձևավորման հետ, հեռացման մեկ այլ տեսակ, որը ներառում է հատուկ ֆերմենտի՝ ​​N-glycosylase-ի մասնակցությունը գործընթացին: Այս դեպքում առաջին վերականգնողական իրադարձությունը գլիկոզիդային կապի խզումն է վնասված հիմքի (օրինակ՝ դիմերի մեջ գտնվող թիմիններից մեկը, N-ալկիլացված պուրինը և այլն) և դեզօքսիրիբոզի միջև։ Այսպիսով, կա տեղական ապուրինացում, կամ ապիրիմիդացում; առաջանում է այսպես կոչված AP տեղանք, որը ճանաչվում է AP-ին հատուկ էնդոնուկլեազով, որը կտրում է ֆոսֆոդիստերային կապը AP տեղանքի մոտ: Այնուհետև բացը լրացվում է սովորական վերականգնողական սինթեզի միջոցով:

Բակտերիալ և էուկարիոտ բջիջներում հայտնաբերվել են մի շարք տարբեր N-գլիկոզիլազներ: Օրինակ, ուրացիլ-ԴՆԹ գլիկոզիլազը ճանաչում է անհամապատասխան dG/dU զույգը, որն առաջանում է dG/dC զույգից դեզօքսիցիտոզինի մնացորդի ինքնաբուխ դեամինացիայի արդյունքում: Ցիտոզինի դեամինացումը կարող է հանգեցնել մուտանտային նուկլեոտիդային զույգի dA/dT ձևավորմանը վերարտադրության ժամանակ, քանի որ ուրացիլը ջրածնային կապի առումով վարվում է տիմինի նման: Այս տեսակի մեկ այլ լայնորեն տարածված ֆերմենտ է պիրիմիդին դիմեր-N-գլիկոզիլազը, որը ստեղծում է ապիրիմիդինի տեղամաս՝ պիրիմիդին դիմերների ձևավորման հետ կապված վնասը վերականգնելու համար:

Այն վայրերը, որտեղ տեղի է ունեցել դեպուրինացիա կամ դեպիրիմիդինիզացիա, անջատվում են AP (ապուրինային և ապիրիմիդինիկ) էնդոնուկլեազային ֆերմենտների միջոցով: Կան բազմաթիվ տարբեր AP էնդոնուկլեազներ պրո- և էուկարիոտ բջիջներում: Նրանցից ոմանք շղթան կտրում են AP կայքի 3' կողմից, իսկ մյուսները կտրում են դիեստերային կապը 5' կողմից; երկու դեպքում էլ ձևավորվում են 3'-հիդրօքսիլ և 5'-ֆոսֆորիլ ծայրերը: Սա թույլ է տալիս էկզոնուկլեազին վնասվածքի հետ մեկտեղ հեռացնել կտրվածքի երկու կողմերում գտնվող հարակից բեկորները:

Էկցիզիայի վերականգնման տարբեր տարբերակներ լայնորեն տարածված են պրո և էուկարիոտ օրգանիզմներում, այդ թվում՝ կաթնասուններում։ Էքցիզիոնալ վերանորոգման գործընթացների խախտումները կարող են հանգեցնել դրամատիկ հետևանքների։ Այսպիսով, մարդկանց մոտ հայտնի է ժառանգական հիվանդություն. քսերոդերմա պիգմենտոզ, որի հիմնական ախտանշաններն են արեւի լույսի նկատմամբ զգայունության բարձրացումը՝ հանգեցնելով մաշկի քաղցկեղի զարգացմանը։ Այս հիվանդների մոտ հայտնաբերվել են վիրահատական ​​վերանորոգման տարբեր թերություններ:

Հետվերարտադրողական վերանորոգում. Վերանորոգման այս տեսակը պահանջում է գենային արտադրանքների մասնակցություն, որոնք նույնպես ներգրավված են ռեկոմբինացիոն իրադարձություններում (rec գեներ) և չեն իրականացվում rec մուտանտների բջիջներում, ուստի այն կոչվում է նաև ռեկոմբինացիոն վերականգնում: Ռեկոմբինանտ հետվերարտադրողական վերականգնումը հիմնված է վնասված ԴՆԹ-ի վերարտադրության և վերահամակցման գործընթացների վրա, այն ամենաքիչ սպեցիֆիկն է դիտարկված վերանորոգման բոլոր տեսակներից, քանի որ չունի վնասի ճանաչման փուլ: Սա բավականին արագ վերականգնման մեթոդ է: հայրենիԴՆԹ-ի կառուցվածքները դուստր (նոր սինթեզված) շղթաներում. ցույց է տրվել, որ վերականգնումը տեղի է ունենում ճառագայթումից հետո արդեն առաջին րոպեներին: Այս գործընթացի առանձնահատկությունը սկզբնական (մայրական) շղթաներում վնասի պահպանումն է (նկ. 2.5, Բ):

Արագի հետ մեկտեղ տեղի է ունենում նաև դանդաղ հետվերարտադրողական վերանորոգում, որը պահանջում է մի քանի ժամ։ Այն արտադրվում է ֆերմենտների համակարգով, որը բացակայում է չճառագայթված բջիջներում և որն առաջանում է ճառագայթման արդյունքում: Այս մեխանիզմը կոչվում է SOS փոխհատուցում: Դրա զարմանալի տարբերությունը մուտացիաների հաճախականության զգալի աճն է՝ չնայած այն հանգամանքին, որ ԴՆԹ-ն արդեն վնասված է։ Դա կարող է պայմանավորված լինել վնասված ԴՆԹ շղթայի որպես ձևանմուշ օգտագործելու պատճառով:

Հետվերարտադրողական վերականգնումը գոյություն ունի ոչ միայն բակտերիաների, այլև էուկարիոտների, այդ թվում՝ կաթնասունների բջիջներում:

Վերանորոգումը կենդանի բջիջի հատկությունն է՝ պայքարելու ԴՆԹ-ի տարբեր վնասների դեմ: Շրջապատող աշխարհում կան բազմաթիվ գործոններ, որոնք կարող են անդառնալի փոփոխություններ առաջացնել կենդանի օրգանիզմում: Իր ամբողջականությունը պահպանելու, պաթոլոգիական և կյանքի հետ անհամատեղելի մուտացիաներից խուսափելու համար պետք է լինի ինքնավերականգնման համակարգ։ Ինչպե՞ս է խախտվում բջջի գենետիկական նյութի ամբողջականությունը. Դիտարկենք այս հարցը ավելի մանրամասն: Մենք նաև կիմանանք, թե օրգանիզմի վերականգնման ինչ մեխանիզմներ կան և ինչպես են դրանք գործում։

ԴՆԹ-ի խախտումներ

Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլը կարող է կոտրվել ինչպես կենսասինթեզի ժամանակ, այնպես էլ վնասակար նյութերի ազդեցության տակ։ Բացասական գործոնները, մասնավորապես, ներառում են ջերմաստիճանը կամ տարբեր ծագման ֆիզիկական ուժերը: Եթե ​​ոչնչացումը տեղի է ունեցել, բջիջը սկսում է վերանորոգման գործընթացը: Այսպես է սկսվում սկզբնական կառուցվածքի վերականգնումը, վերականգնման համար պատասխանատու են բջիջների ներսում առկա հատուկ ֆերմենտային համալիրները: Որոշ հիվանդություններ կապված են առանձին բջիջների վերականգնման անկարողության հետ: Գիտությունը, որն ուսումնասիրում է փոխհատուցման գործընթացները, կենսաբանությունն է։ Կարգապահության շրջանակներում իրականացվել են բազմաթիվ փորձեր և փորձեր, որոնց շնորհիվ վերականգնման գործընթացն ավելի հասկանալի է դառնում։ Հարկ է նշել, որ ԴՆԹ-ի վերականգնման մեխանիզմները շատ հետաքրքիր են, ինչպես և այս երեւույթի հայտնաբերման և ուսումնասիրության պատմությունը: Ո՞ր գործոններն են նպաստում վերականգնման մեկնարկին: Որպեսզի գործընթացը սկսվի, անհրաժեշտ է, որ ԴՆԹ-ի վրա ազդի հյուսվածքների վերականգնման խթանիչը: Ինչ է դա, մենք ավելի մանրամասն կպատմենք ստորև։

Հայտնաբերման պատմություն

Այս զարմանալի երեւույթը սկսել է ուսումնասիրել ամերիկացի գիտնական Քելները։ Վերանորոգման ուսումնասիրության ճանապարհին առաջին նշանակալից հայտնագործությունը այնպիսի երևույթ էր, ինչպիսին ֆոտոռեակտիվացումն է: Այս տերմինով Քելներն անվանել է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման վնասը նվազեցնելու ազդեցությունը տեսանելի սպեկտրի պայծառ ճառագայթմամբ վնասված բջիջների հետագա բուժման ընթացքում:

«Լույսի վերականգնում»

Հետագայում Քելների հետազոտությունը ստացավ իր տրամաբանական շարունակությունը ամերիկացի կենսաբաններ Սեթլոուի, Ռուպերտի և մի քանի ուրիշների աշխատանքում։ Այս խմբի գիտնականների աշխատանքի շնորհիվ հավաստիորեն հաստատվեց, որ ֆոտոռեակտիվացումը գործընթաց է, որը հրահրվում է հատուկ նյութի կողմից՝ ֆերմենտի, որը կատալիզացնում է տիմինի դիմերների քայքայումը: Հենց նրանք էլ, ինչպես պարզվեց, ձևավորվել են փորձերի ընթացքում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ։ Միևնույն ժամանակ, պայծառ տեսանելի լույսը խթանեց ֆերմենտի գործողությունը, որը նպաստեց դիմերների քայքայմանը և վնասված հյուսվածքների սկզբնական վիճակի վերականգնմանը: Տվյալ դեպքում խոսքը ԴՆԹ-ի վերականգնման թեթեւ տարբերակի մասին է։ Սա ավելի հստակ սահմանենք։ Կարելի է ասել, որ լույսի վերականգնումը լույսի ազդեցության տակ վնասվելուց հետո ԴՆԹ-ի սկզբնական կառուցվածքի վերականգնումն է։ Սակայն այս գործընթացը միակը չէ, որ նպաստում է վնասի վերացմանը։

«Մութ» վերականգնում

Լույսի հայտնաբերումից որոշ ժամանակ անց հայտնաբերվել է մութ վերանորոգում։ Այս երեւույթը տեղի է ունենում առանց տեսանելի սպեկտրի լույսի ճառագայթների ազդեցության: Վերականգնելու այս ունակությունը հայտնաբերվել է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների նկատմամբ որոշ բակտերիաների զգայունության ուսումնասիրության ժամանակ և մուգ ԴՆԹ-ի վերականգնումը բջիջների կարողությունն է՝ հեռացնելու դեզօքսիրիբոնուկլեինաթթվի ցանկացած պաթոգեն փոփոխություն: Բայց պետք է ասել, որ սա արդեն ֆոտոքիմիական գործընթաց չէ՝ ի տարբերություն լույսի կրճատման։

Dark Damage Repair Mechanism

Բակտերիաների վրա կատարված դիտարկումները ցույց են տվել, որ միաբջիջ օրգանիզմը ստացել է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման մի մասը, որի հետևանքով ԴՆԹ-ի որոշ հատվածներ վնասվել են, բջիջը որոշակի ձևով կարգավորում է իր ներքին գործընթացները: Արդյունքում ԴՆԹ-ի փոխված կտորը պարզապես կտրվում է ընդհանուր շղթայից։ Ստացված բացերը նորից լցվում են ամինաթթուներից անհրաժեշտ նյութով։ Այսինքն՝ կատարվում է ԴՆԹ հատվածների վերասինթեզ։ Գիտնականների կողմից այնպիսի երևույթի հայտնաբերումը, ինչպիսին է մուգ հյուսվածքների վերականգնումը, ևս մեկ քայլ է կենդանու և մարդու մարմնի զարմանալի պաշտպանիչ կարողությունների ուսումնասիրության մեջ:

Ինչպես է աշխատում փոխհատուցման համակարգը

Միաբջիջ օրգանիզմների օգնությամբ իրականացվել են փորձեր, որոնք հնարավորություն են տվել բացահայտել վերականգնման մեխանիզմները և այդ կարողության գոյությունը։ Սակայն վերականգնողական գործընթացները բնորոշ են կենդանիների և մարդկանց կենդանի բջիջներին: Որոշ մարդիկ տառապում են Այս հիվանդությունը պայմանավորված է վնասված ԴՆԹ-ն վերասինթեզելու բջիջների ունակության բացակայությամբ: Xeroderma-ն ժառանգական է: Ինչի՞ց է կազմված փոխհատուցման համակարգը: Վերականգնման գործընթացին աջակցող չորս ֆերմենտներն են՝ ԴՆԹ հելիկազան, -էկզոնուկլեազը, -պոլիմերազը և -լիգազը: Այս միացություններից առաջինն ունակ է ճանաչել դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլի շղթայի վնասը։ Այն ոչ միայն ճանաչում է, այլեւ կտրում է շղթան ճիշտ տեղում՝ հեռացնելու մոլեկուլի փոխված հատվածը։ Ինքնին վերացումն իրականացվում է ԴՆԹ էկզոնուկլեազի օգնությամբ։ Հաջորդը, դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլի նոր հատվածը սինթեզվում է ամինաթթուներից, որպեսզի ամբողջությամբ փոխարինի վնասված հատվածը: Դե, այս ամենաբարդ կենսաբանական ընթացակարգի վերջնական ակորդը կատարվում է ԴՆԹ լիգազ ֆերմենտի միջոցով: Այն պատասխանատու է սինթեզված տեղամասը վնասված մոլեկուլին միացնելու համար։ Այն բանից հետո, երբ բոլոր չորս ֆերմենտները կատարեն իրենց աշխատանքը, ԴՆԹ-ի մոլեկուլը լիովին նորանում է, և բոլոր վնասները անցյալում են: Ահա թե ինչպես են ներդաշնակ աշխատում կենդանի բջջի ներսում մեխանիզմները։

Դասակարգում

Այս պահին գիտնականներն առանձնացնում են փոխհատուցման համակարգերի հետևյալ տեսակները. Դրանք ակտիվանում են՝ կախված տարբեր գործոններից։ Դրանք ներառում են.

1. Վերաակտիվացում.
2. ռեկոմբինացիայի վերականգնում.
3. Հետերոդուպլեքսների վերանորոգում.
4. էքցիզիոն վերանորոգում.
5. ԴՆԹ-ի մոլեկուլների ոչ հոմոլոգ ծայրերի վերամիավորում:

Բոլոր միաբջիջ օրգանիզմներն ունեն առնվազն երեք ֆերմենտային համակարգ. Նրանցից յուրաքանչյուրն ունի վերականգնման գործընթացն իրականացնելու ունակություն։ Այս համակարգերը ներառում են՝ ուղղակի, էքսցիզացիոն և հետռեպպլիկացիոն: Պրոկարիոտներն ունեն ԴՆԹ-ի վերականգնման այս երեք տեսակները. Ինչ վերաբերում է էուկարիոտներին, ապա նրանց տրամադրության տակ կան լրացուցիչ մեխանիզմներ, որոնք կոչվում են Miss-mathe և Sos-repair: Կենսաբանությունը մանրամասն ուսումնասիրել է բջիջների գենետիկական նյութի ինքնաբուժման այս բոլոր տեսակները։

Լրացուցիչ մեխանիզմների կառուցվածքը

Ուղղակի վերանորոգումը ԴՆԹ-ի պաթոլոգիական փոփոխություններից ազատվելու ամենաքիչ բարդ միջոցն է։ Այն իրականացվում է հատուկ ֆերմենտների միջոցով։ Դրանց շնորհիվ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կառուցվածքի վերականգնումը տեղի է ունենում շատ արագ։ Որպես կանոն, գործընթացն ընթանում է մեկ փուլով. Վերևում նկարագրված ֆերմենտներից մեկը O6-methylguanine-DNA մեթիլտրանսֆերազն է: Էկզիզացիոն վերանորոգման համակարգը ինքնաբուժվող դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մի տեսակ է, որը ներառում է փոփոխված ամինաթթուների հեռացում և այնուհետև դրանք նոր սինթեզված շրջաններով փոխարինում: Այս գործընթացն արդեն իրականացվում է մի քանի փուլով։ ԴՆԹ-ի հետվերարտադրողական վերականգնման ընթացքում այս մոլեկուլի կառուցվածքում կարող են առաջանալ մեկ շղթայի չափի բացեր: Այնուհետեւ փակվում են RecA սպիտակուցի մասնակցությամբ։ Հետվերարտադրողական վերանորոգման համակարգը եզակի է նրանով, որ դրա գործընթացում ախտածին փոփոխությունների ճանաչման փուլ չկա:

Ով է պատասխանատու վերականգնման մեխանիզմի համար

Մինչ օրս գիտնականները գիտեն, որ այնպիսի պարզ արարած, ինչպիսին E. coli-ն է, ունի առնվազն հիսուն գեն, որոնք անմիջականորեն պատասխանատու են վերականգնման համար: Յուրաքանչյուր գեն կատարում է հատուկ գործառույթներ: Դրանք ներառում են՝ ճանաչում, հեռացում, սինթեզ, կցում, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության հետևանքների բացահայտում և այլն։ Ցավոք, ցանկացած գեն, ներառյալ բջիջում վերականգնողական գործընթացների համար պատասխանատու գեները, ենթարկվում են մուտացիոն փոփոխությունների: Եթե ​​դա տեղի ունենա, ապա դրանք ավելի հաճախակի մուտացիաներ են առաջացնում մարմնի բոլոր բջիջներում:

Ինչու է ԴՆԹ-ի վնասը վտանգավոր:

Ամեն օր մեր բջիջների ԴՆԹ-ն ենթարկվում է վնասման և պաթոլոգիական փոփոխությունների վտանգի: Դրան նպաստում են շրջակա միջավայրի գործոնները, ինչպիսիք են սննդային հավելումները, քիմիական նյութերը, ջերմաստիճանի փոփոխությունները, մագնիսական դաշտերը, բազմաթիվ սթրեսները, որոնք առաջացնում են որոշակի գործընթացներ մարմնում և շատ ավելին: Եթե ​​ԴՆԹ-ի կառուցվածքը կոտրված է, դա կարող է առաջացնել բջջի լուրջ մուտացիա, և ապագայում կարող է հանգեցնել քաղցկեղի: Այդ իսկ պատճառով մարմինն ունի մի շարք միջոցառումներ, որոնք նախատեսված են նման վնասների դեմ պայքարելու համար։ Նույնիսկ եթե ֆերմենտներին չի հաջողվում ԴՆԹ-ն վերադարձնել իր սկզբնական ձևին, վերականգնման համակարգը աշխատում է նվազագույնի հասցնելու վնասը:

Հոմոլոգ ռեկոմբինացիա

Եկեք պարզենք, թե ինչ է դա: Ռեկոմբինացիան գենետիկ նյութի փոխանակումն է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլների կոտրման և միացման գործընթացում։ Այն դեպքում, երբ ԴՆԹ-ում ընդմիջումներ են տեղի ունենում, սկսվում է հոմոլոգ ռեկոմբինացիայի գործընթացը: Դրա ընթացքում կատարվում է երկու մոլեկուլների բեկորների փոխանակում։ Դրա շնորհիվ ճշգրիտ վերականգնվում է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի սկզբնական կառուցվածքը։ Որոշ դեպքերում կարող է առաջանալ ԴՆԹ ինֆիլտրացիա: Ռեկոմբինացիայի գործընթացի շնորհիվ հնարավոր է այս երկու տարբեր տարրերի ինտեգրումը։

Մարմնի վերականգնման և առողջության մեխանիզմը

Վերականգնումը պարտադիր պայման է օրգանիզմի բնականոն գործունեության համար։ Բազմաբջջային կառուցվածքը, որը սպառնում է ամեն օր և ժամ ԴՆԹ-ի վնասմանը և մուտացիային, հարմարվում և գոյատևում է: Դա պայմանավորված է նաև փոխհատուցման ձևավորված համակարգով։ Նորմալ վերականգնողական կարողությունների բացակայությունը առաջացնում է հիվանդություններ, մուտացիաներ և այլ աննորմալություններ: Դրանք ներառում են զարգացման տարբեր պաթոլոգիաներ, ուռուցքաբանություն և նույնիսկ ծերացում: Վերականգնման խախտումների պատճառով ժառանգական հիվանդությունները կարող են հանգեցնել ծանր չարորակ ուռուցքների և մարմնի այլ անոմալիաների: Այժմ հայտնաբերվել են որոշ հիվանդություններ, որոնք առաջացել են ԴՆԹ-ի վերականգնման համակարգերի խափանումներից։ Դրանք են, օրինակ, պաթոլոգիաները, ինչպիսիք են քսերոդերման, հաստ աղիքի ոչ պոլիպոզային քաղցկեղը, տրիխոթիոդիստրոֆիան և որոշ քաղցկեղային ուռուցքներ:

Բջիջներն ունեն տարբեր «վերանորոգման խմբեր», որոնք վերահսկում են ԴՆԹ-ում պահվող տեղեկատվության անվտանգությունը: Նման բջջային համակարգերը, որոնք վերականգնում են ԴՆԹ-ի վնասը, կոչվում են վերանորոգման համակարգեր։

Escherichia coli բակտերիայում այժմ հայտնի է ավելի քան 50 գեն, որոնք վերահսկում են վերականգնման գործընթացները։ Այս գեները կոդավորում են ֆերմենտներ, որոնք կարող են, օրինակ, կտրել ԴՆԹ-ի մեկ շղթայի վնասված հատվածները: ԴՆԹ պոլիմերազը շղթայի այս հատվածը լրացնում է նորմայով, իսկ ԴՆԹ-ի լիգազները «կարում» են ներկառուցված հատվածի տեղում բացը։ Կան հատուկ ֆերմենտներ, որոնք վերականգնում են ուլտրամանուշակագույն լույսից առաջացած վնասը և այլն։

Եթե ​​մուտացիաները տեղի են ունենում վերանորոգման համակարգի ինչ-որ գենում, ապա դա հանգեցնում է մուտացիաների հաճախականության աճին: Այսպիսով, կան գեներ, մուտացիաներ, որոնցում ավելանում է մարմնի այլ գեների մուտացիաների հաճախականությունը։

Կան նաև բարդ բջջային մեխանիզմներ, որոնք ապահովում են քրոմոսոմների ճիշտ շեղումը գամետների մեջ։ Եթե ​​այս մեխանիզմները ձախողվեն, լրացուցիչ քրոմոսոմը հայտնվում է մի գամետի մեջ, և քրոմոսոմի պակասը տեղի է ունենում մյուսի մեջ: Նման գենոմային մուտացիաները սովորաբար հանգեցնում են սաղմի մահվան, բնածին արատների կամ ժառանգական հիվանդությունների։

Ամեն օր մարդու մարմնի յուրաքանչյուր բջիջի ԴՆԹ-ի մոլեկուլների մոտ 100 000 օղակ վնասվում է տարբեր էնդոգեն պրոցեսների և էկզոգեն գենոտոքսիկ ազդեցությունների պատճառով։ ԴՆԹ-ի վնասումը կարող է հանգեցնել մուտացիաների, հրահրել բջիջների մահը կամ խթան հանդիսանալ դրա չարորակ փոխակերպման համար։ Բջջում նման հետևանքները կանխելու համար կան մի քանի փոխլրացնող ֆերմենտային համակարգեր, որոնք աջակցում են գործընթացներին, որոնք միասին կոչվում են ԴՆԹ վերականգնում: Այս բոլոր համակարգերի հիմնական նպատակն է վերականգնել ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը, որը գոյություն ուներ մինչ դրա վնասվելը, կամ, եթե դա հնարավոր չէ, նվազագույնի հասցնել փոփոխությունները: ԴՆԹ-ի վերանորոգման համակարգերը ապահովում են գենետիկական տեղեկատվության վերարտադրության ճշգրտությունը և պահպանումը: Վերականգնողական մեխանիզմները, որոնք բջիջը օգտագործում է ԴՆԹ-ում ներկառուցված տեղեկատվության կայունությունը պահպանելու համար, ունիվերսալ են. այդ մեխանիզմները կազմող տարրերի ֆունկցիոնալ և երբեմն կառուցվածքային հոմոոլոգիան կարելի է հետևել բակտերիայից մինչև մարդ: Որքան բարդ է բջիջը, այնքան մեծ է կառուցվածքային և կարգավորող գեների և դրանց արտադրանքների քանակը, որոնք ներգրավված են ԴՆԹ-ի վերականգնման գործընթացներում, թեև որոշակի գործընթացի հիմնական սխեման, որպես կանոն, մնում է անփոփոխ: Վերականգնողական մեխանիզմները կազմում են բարդ ցանց, որը հյուսված է ֆունկցիոնալ կապերով կամ կառուցվածքային տարրերի փոխառություններով, որն ապահովում է հավասարակշռություն ԴՆԹ-ում տեղեկատվության կայունության և դրա էվոլյուցիոն փոփոխականության միջև: ԴՆԹ-ի վերարտադրության ճշգրտությունը և դրանում ներդրված տեղեկատվության փոխանցումն ապահովվում է երկու մատրիցային գործընթացներով՝ ԴՆԹ-ի վերարտադրության և տրանսկրիպցիայով: Չնայած ԴՆԹ պոլիմերազը ուղղիչ ակտիվություն ունի, կրկնօրինակումը լիովին ճշգրիտ չէ, և եթե անհամապատասխանություններ են առաջանում, հիմքերի ուղղման համակարգերը ուղղում են սխալը:

Եթե ​​ԴՆԹ-ում առաջանում են մեկ և երկշղթա ճեղքեր, ապա գործում է հոմոլոգ ռեկոմբինացիա, որը քույր փոխանակման շնորհիվ ճշգրիտ վերականգնում է ԴՆԹ-ի ամբողջականությունը։ Այնուամենայնիվ, ռեկոմբինացիան «ծանր հրետանին» է և նախատեսված է հիմնականում փոփոխականության համար: Երբ ԴՆԹ-ն մտնում է բջիջ, որը միայն մասամբ հոմոլոգ է բջջի ԴՆԹ-ին, այն, ամենայն հավանականությամբ, կինտեգրվի գենոմի մեջ՝ օգտագործելով հոմոլոգ ռեկոմբինացիա: Այս գործընթացի ճշգրտությունը պաշտպանված է երկար վերագրանցելի անհամապատասխանության ուղղման (LCR) համակարգով, որը ընդհատում է ռեկոմբինացումը, եթե փոխազդող ԴՆԹ-ի մոլեկուլների հոմոլոգիան անհարկի անկատար է: Ավելին, DKNO-ն վերացնում է ssDNA մակարդակում ռեկոմբինացիոն կուտակումների մեծ մասը, եթե դրանք խաթարում են նուկլեոտիդային զուգավորման փոխլրացումը: Այսպիսով, DCNO-ն նվազեցնում է ԴՆԹ-ում ռեկոմբինացիոն փոխանակումների հաճախականությունը: Այսպիսով, DKNO համակարգը պաշտպանում է գենոմի կայունությունը և դրա տեսակների առանձնահատկությունները: Մարդկանց բջիջների վերականգնման համակարգերի ժառանգական խանգարումները հանգեցնում են ծանր բնածին անոմալիաների և/կամ քաղցկեղի զարգացման նախատրամադրվածության:

Վերանորոգման համակարգերը միմյանցից տարբերվում են օգտագործվող ենթաշերտերով, ֆերմենտներով և վնասված օղակների վերացման մեխանիզմներով: Այս պահին գործում են 6 հիմնական վերանորոգման համակարգեր՝ վերաակտիվացման համակարգը և մնացած վերանորոգման համակարգերը, որոնք գործում են ԴՆԹ-ի վնասված հատվածի դեգրադացիայի և վերասինթեզով։

ԴՆԹ-ի ծանր վնասվածքի դեպքում՝ կրկնակի շղթայի ճեղքվածքների ձևավորում, լայնածավալ միաշղթա բացվածքներ, շղթաների միջև խաչաձև կապեր, գործում է ռեկոմբինացիոն վերանորոգման համակարգը, որի դեպքում վնասված ԴՆԹ-ն շտկվում է գենետիկի ամբողջական պատճենի հետ վերահամակցման միջոցով: նյութը, եթե այն առկա է խցում: Կրկնակի շղթաների կոտրվածքները կարող են նաև կապվել ոչ հոմոլոգային ծայրերի վերամիավորման ժամանակ, ինչը, սակայն, հանգեցնում է գենետիկական նյութի որոշ մասի կորստի:

Ոչ կանոնական հիմքերի զույգերը և կարճ հետերոդուպլեքսները ԴՆԹ-ում ճանաչվում են հետերոդուպլեքս վերանորոգման համակարգով, որը հեռացնում է մինչև մի քանի հարյուր դեզօքսինուկլեոտիդների երկարությամբ ԴՆԹ-ի հատվածը, որը ներառում է ոչ կանոնական տարր և վերականգնում է առաջացած բացը: