ბიოლოგიური როლი და შეკეთების ბიოქიმიური მექანიზმები. რეგენერაციისა და რეპარაციის ეტაპი

დნმ-ის სინთეზი ხდება ნახევრად კონსერვატიული მექანიზმით: დნმ-ის თითოეული ჯაჭვი კოპირებულია. სინთეზი ხდება სექციებად. არსებობს სისტემა, რომელიც გამორიცხავს დნმ-ის რედუპლიკაციის შეცდომებს (ფოტორეპარაცია, წინარეპროდუქციული და რეპროდუქციის შემდგომი შეკეთება). რეპარაციის პროცესი ძალიან გრძელია: 20 საათამდე და რთული. ფერმენტები - შემაკავებელი ფერმენტები ამოჭრიან დნმ-ის შეუსაბამო მონაკვეთს და კვლავ ავსებენ მას. რემონტი არასდროს არ გაგრძელდება 100%-იანი ეფექტურობით, თუ ასე იქნებოდა, ევოლუციური ცვალებადობა არ იარსებებდა. აღდგენის მექანიზმი ემყარება დნმ-ის მოლეკულაში ორი დამატებითი ჯაჭვის არსებობას. ერთ-ერთ მათგანში ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დამახინჯება გამოვლინდება სპეციფიური ფერმენტებით. შემდეგ ხდება შესაბამისი ადგილის ამოღება და ჩანაცვლება ახლით, რომელიც სინთეზირებულია მეორე დამატებითი დნმ-ის ჯაჭვზე. ამ რეპარაციას ე.წ ამოკვეთა,იმათ. ამოჭრით. იგი ხორციელდება მომდევნო რეპლიკაციის ციკლამდე, ამიტომ მას ასევე უწოდებენ წინასწარი რეპლიკაციური.იმ შემთხვევაში, თუ ამოკვეთის სარემონტო სისტემა არ ასწორებს ცვლილებას, რომელიც წარმოიშვა დნმ-ის ერთ ჯაჭვში, ეს ცვლილება ფიქსირდება რეპლიკაციის დროს და ის ხდება დნმ-ის ორივე ჯაჭვის საკუთრება. ეს იწვევს დამატებითი ნუკლეოტიდების ერთი წყვილის მეორეთი ჩანაცვლებას ან ახლად სინთეზირებულ ჯაჭვში შეცვლილ უბნებზე რღვევების გაჩენას. დნმ-ის ნორმალური სტრუქტურის აღდგენა ასევე შეიძლება მოხდეს რეპლიკაციის შემდეგ. პასუხის შემდგომი რეპარაციახორციელდება დნმ-ის ორ ახლად წარმოქმნილ ორჯაჭვიან რეკომბინაციით. რეპლიკაციული და პოსტ-რეპლიკაციური რემონტის დროს, დაზიანებული დნმ-ის სტრუქტურის უმეტესი ნაწილი აღდგება. თუ უჯრედში, მიუხედავად მიმდინარე რემონტისა, დაზიანების ოდენობა მაღალი რჩება, მასში დნმ-ის რეპლიკაციის პროცესები იბლოკება. ასეთი უჯრედი არ იყოფა.

19. გენი, მისი თვისებები. გენეტიკური კოდი, მისი თვისებები. რნმ-ის სტრუქტურა და ტიპები. დამუშავება, შერწყმა. რნმ-ის როლი მემკვიდრეობითი ინფორმაციის რეალიზაციის პროცესში.

გენი - დნმ-ის მოლეკულის მონაკვეთი, რომელიც ატარებს ინფორმაციას პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ან მაკრომოლეკულის სტრუქტურის შესახებ. ერთი ქრომოსომის გენები განლაგებულია წრფივად, ქმნიან შემაერთებელ ჯგუფს. ქრომოსომაში დნმ ასრულებს სხვადასხვა ფუნქციებს. არსებობს გენების სხვადასხვა თანმიმდევრობა, არის გენების თანმიმდევრობა, რომელიც აკონტროლებს გენის ექსპრესიას, რეპლიკაციას და ა.შ. არის გენები, რომლებიც შეიცავს ინფორმაციას პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სტრუქტურის, საბოლოო ჯამში, სტრუქტურული ცილების შესახებ. ნუკლეოტიდების ასეთ თანმიმდევრობას ერთი გენის სიგრძე ეწოდება სტრუქტურულ გენებს. გენები, რომლებიც განსაზღვრავენ სტრუქტურული გენების ჩართვის ადგილს, დროს, ხანგრძლივობას, არის მარეგულირებელი გენები.

გენები მცირე ზომისაა, თუმცა ისინი შედგება ათასობით ბაზის წყვილისგან. გენის არსებობა დგინდება გენის მახასიათებლის (საბოლოო პროდუქტის) გამოვლინებით. გენეტიკური აპარატის სტრუქტურისა და მისი მუშაობის ზოგადი სქემა შემოგვთავაზა 1961 წელს იაკობმა, მონოდმა. მათ ვარაუდობდნენ, რომ არსებობს დნმ-ის მოლეკულის განყოფილება სტრუქტურული გენების ჯგუფით. ამ ჯგუფის გვერდით არის 200 bp ადგილი, პრომოტორი (დნმ-დამოკიდებული რნმ პოლიმერაზას შეერთების ადგილი). ოპერატორის გენი უერთდება ამ საიტს. მთელი სისტემის სახელია ოპერონი. რეგულირება ხორციელდება მარეგულირებელი გენით. შედეგად, რეპრესორული ცილა ურთიერთქმედებს ოპერატორის გენთან და ოპერონი იწყებს მუშაობას. სუბსტრატი ურთიერთქმედებს გენის რეგულატორებთან, ოპერონი იბლოკება. უკუკავშირის პრინციპი. ოპერონის გამოხატულება ჩართულია მთლიანობაში.

ევკარიოტებში გენის ექსპრესია არ არის შესწავლილი. მიზეზი სერიოზული დაბრკოლებებია:

გენეტიკური მასალის ორგანიზაცია ქრომოსომების სახით

მრავალუჯრედულ ორგანიზმებში უჯრედები სპეციალიზირებულია და, შესაბამისად, ზოგიერთი გენი გამორთულია.

ჰისტონის ცილების არსებობა, ხოლო პროკარიოტებს აქვთ "შიშველი" დნმ.

დნმ არის მაკრომოლეკულა, მას არ შეუძლია ბირთვიდან ციტოპლაზმაში შესვლა და ინფორმაციის გადაცემა. ცილის სინთეზი შესაძლებელია mRNA-ს გამო. ევკარიოტულ უჯრედში ტრანსკრიფცია უზარმაზარი სიჩქარით ხდება. პირველი, პრო-ი-რნმ ან პრე-ი-რნმ ჩნდება. ეს აიხსნება იმით, რომ ევკარიოტებში mRNA წარმოიქმნება დამუშავების (მომწიფების) შედეგად. გენს აქვს წყვეტილი სტრუქტურა. კოდირების რეგიონები არის ეგზონები, ხოლო არაკოდირების რეგიონები არის ინტრონები. ევკარიოტულ ორგანიზმებში გენს აქვს ეგზონ-ინტრონის სტრუქტურა. ინტრონი უფრო გრძელია ვიდრე ეგზონი. დამუშავების პროცესში ინტრონები „იჭრება“ – სპლაისინგი. მომწიფებული mRNA-ს წარმოქმნის შემდეგ, სპეციალურ ცილასთან ურთიერთქმედების შემდეგ, ის გადადის სისტემაში - ინფორმოსომაში, რომელიც ინფორმაციას აწვდის ციტოპლაზმაში. ახლა კარგად არის შესწავლილი ეგზონ-ინტრონის სისტემები (მაგალითად, ონკოგენი - P-53). ზოგჯერ ერთი გენის ინტრონები მეორის ეგზონებია, მაშინ შერწყმა შეუძლებელია. დამუშავებას და შეჯვარებას შეუძლია ერთმანეთისგან დაშორებული სტრუქტურების გაერთიანება ერთ გენად, ამიტომ მათ დიდი ევოლუციური მნიშვნელობა აქვთ. ასეთი პროცესები ამარტივებს სახეობებს. ცილებს აქვთ ბლოკის სტრუქტურა. მაგალითად, ფერმენტი არის დნმ პოლიმერაზა. ეს არის უწყვეტი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი. იგი შედგება საკუთარი დნმ პოლიმერაზასა და ენდონუკლეაზასგან, რომელიც წყვეტს დნმ-ის მოლეკულას ბოლოდან. ფერმენტი შედგება 2 დომენისგან, რომლებიც ქმნიან 2 დამოუკიდებელ კომპაქტურ ნაწილაკს, რომლებიც დაკავშირებულია პოლიპეპტიდური ხიდით. ორ ფერმენტ გენს შორის არის ინტრონი. ოდესღაც დომენები იყო ცალკე გენები, შემდეგ კი ისინი დაუახლოვდნენ. ასეთი გენის სტრუქტურის დარღვევა იწვევს გენის დაავადებებს. ინტრონის სტრუქტურის დარღვევა ფენოტიპურად შეუმჩნეველია, ეგზონის თანმიმდევრობის დარღვევა იწვევს მუტაციას (გლობინის გენების მუტაცია).

უჯრედში არსებული რნმ-ის 10-15% არის ტრანსფერული რნმ. არის დამატებითი რეგიონები. არსებობს სპეციალური ტრიპლეტი – ანტიკოდონი, ტრიპლეტი, რომელსაც არ გააჩნია დამატებითი ნუკლეოტიდები – GHC. რიბოზომის და mRNA 2 ქვედანაყოფის ურთიერთქმედება იწვევს ინიცირებას. არსებობს 2 ადგილი - პექტიდილი და ამინოაცილი. ისინი შეესაბამება ამინომჟავებს. პოლიპეპტიდის სინთეზი ხდება ეტაპობრივად. დრეკადობა - პოლიპეპტიდური ჯაჭვის აგების პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ის არ მიაღწევს უაზრო კოდონს, შემდეგ ხდება შეწყვეტა. პოლიპეპტიდის სინთეზი მთავრდება, რომელიც შემდეგ შედის ER არხებში. ქვედანაყოფები გამოყოფილია. უჯრედში სინთეზირდება სხვადასხვა რაოდენობის ცილა.

ლექციის მონახაზი 1. დნმ-ის დაზიანების სახეები 1. დნმ-ის დაზიანების სახეები 2. დნმ-ის შეკეთება, ტიპები და მექანიზმები: 2. დნმ-ის შეკეთება, ტიპები და მექანიზმები: პირდაპირი პირდაპირი ამოკვეთა პოსტრეპლიკაციური პოსტრეპლიკაციური SOS რემონტი SOS რემონტი 3. აღდგენითი და მემკვიდრეობითი დაავადებები 3. აღმდგენი და მემკვიდრეობითი დაავადებები

ორიგინალური დნმ-ის სტრუქტურის აღდგენის პროცესს ეწოდება დნმ-ის შეკეთება, ან გენეტიკური შეკეთება, ხოლო მასში ჩართულ სისტემებს ეწოდება სარემონტო სისტემები. ორიგინალური დნმ-ის სტრუქტურის აღდგენის პროცესს ეწოდება დნმ-ის შეკეთება, ან გენეტიკური შეკეთება, ხოლო მასში ჩართულ სისტემებს ეწოდება სარემონტო სისტემები. ამჟამად ცნობილია გენეტიკური აღდგენის რამდენიმე მექანიზმი. ზოგიერთი მათგანი უფრო მარტივია და დნმ-ის დაზიანების შემდეგ დაუყოვნებლივ „ჩართულია“, ზოგი კი ფერმენტების დიდი რაოდენობის ინდუქციას მოითხოვს და მათი მოქმედება დროთა განმავლობაში ვრცელდება. ამჟამად ცნობილია გენეტიკური აღდგენის რამდენიმე მექანიზმი. ზოგიერთი მათგანი უფრო მარტივია და დნმ-ის დაზიანების შემდეგ დაუყოვნებლივ „ჩართულია“, ზოგი კი ფერმენტების დიდი რაოდენობის ინდუქციას მოითხოვს და მათი მოქმედება დროთა განმავლობაში ვრცელდება.

მოლეკულური მექანიზმის თვალსაზრისით, დნმ-ის მოლეკულების პირველადი დაზიანება შეიძლება აღმოიფხვრას სამი გზით: მოლეკულური მექანიზმის თვალსაზრისით, დნმ-ის მოლეკულების პირველადი დაზიანება შეიძლება აღმოიფხვრას სამი გზით: 1. პირდაპირი დაბრუნება საწყის მდგომარეობაში; 1.პირდაპირი მდგომარეობის პირდაპირი დაბრუნება; 2. დაზიანებული უბნის ამოჭრა და ჩვეულებრივით ჩანაცვლება; 2. დაზიანებული უბნის ამოჭრა და ჩვეულებრივით ჩანაცვლება; 3. რეკომბინაციის აღდგენა დაზიანებული უბნის გვერდის ავლით. 3. რეკომბინაციის აღდგენა დაზიანებული უბნის გვერდის ავლით.

დნმ-ის სპონტანური დაზიანება რეპლიკაციის შეცდომები (არაკომპლიმენტური ბაზის წყვილების გამოჩენა) რეპლიკაციის შეცდომები (არაკომპლიმენტური ბაზის წყვილების გამოჩენა) აპურინიზაცია (აზოტოვანი ფუძეების გაყოფა ნუკლეოტიდიდან) აპურინიზაცია (აზოტოვანი ფუძეების გაყოფა ნუკლეოტიდიდან (ნუკლეოტიდიდან) ანამინაცია ამინო ჯგუფი) დეამინაცია (ამინო ჯგუფის დაშლა)

ინდუცირებული დნმ-ის დაზიანება დიმერიზაცია (მიმდებარე პირიმიდინის ფუძეების ჯვარედინი კავშირი დიმერის წარმოქმნის მიზნით) დიმერიზაცია (მიმდებარე პირიმიდინის ბაზების კავშირი დიმერის წარმოქმნის მიზნით) დნმ-ის რღვევები: ერთჯაჭვიანი და ორჯაჭვიანი დნმ წყვეტები: ერთჯერადი და ორჯაჭვიანი ჯვარედინი ბმულები დნმ-ის ჯაჭვებს შორის

დნმ-ის პირდაპირი შეკეთება ამ ტიპის შეკეთება უზრუნველყოფს დნმ-ის ორიგინალური სტრუქტურის პირდაპირ აღდგენას ან დაზიანების მოცილებას. ამ ტიპის შეკეთება უზრუნველყოფს დნმ-ის ორიგინალური სტრუქტურის პირდაპირ აღდგენას ან დაზიანების მოცილებას. ამ ტიპის ფართოდ გავრცელებული სარემონტო სისტემაა პირიმიდინის დიმერების ფოტორეაქტივაცია. ამ ტიპის ფართოდ გავრცელებული სარემონტო სისტემაა პირიმიდინის დიმერების ფოტორეაქტივაცია. ეს ჯერჯერობით ერთადერთი ცნობილი ფერმენტული რეაქციაა, რომელშიც აქტივაციის ფაქტორი არის არა ქიმიური ენერგია, არამედ ხილული სინათლის ენერგია. ეს ჯერჯერობით ერთადერთი ცნობილი ფერმენტული რეაქციაა, რომელშიც აქტივაციის ფაქტორი არის არა ქიმიური ენერგია, არამედ ხილული სინათლის ენერგია. ეს ააქტიურებს ფერმენტ ფოტოლიზას, რომელიც გამოყოფს დიმერებს. ეს ააქტიურებს ფერმენტ ფოტოლიზას, რომელიც გამოყოფს დიმერებს.

ფოტორემონტი სქემატურად, სინათლის შეკეთება ასე გამოიყურება: 1. ნორმალური დნმ-ის მოლეკულა დასხივება UV შუქით 2. მუტანტური დნმ-ის მოლეკულა - პირიმიდინის დიმერების წარმოქმნა. ხილული სინათლის მოქმედება 3. ფოტოლიაზას ფერმენტის სინთეზი 4. პირიმიდინის ფუძეების დიმერების დაშლა 5. დნმ-ის ნორმალური სტრუქტურის აღდგენა

დადგენილია, რომ 5'-3'-პოლიმერაზას აქტივობის გარდა, პოლიმერაზების უმეტესობას აქვს 3'-5'- ეგზონუკლეაზური აქტივობა, რაც უზრუნველყოფს შესაძლო შეცდომების გამოსწორებას. დადგენილია, რომ 5'-3'-პოლიმერაზას აქტივობის გარდა, პოლიმერაზების უმეტესობას აქვს 3'-5'- ეგზონუკლეაზური აქტივობა, რაც უზრუნველყოფს შესაძლო შეცდომების გამოსწორებას. ეს კორექტირება ტარდება ორ ეტაპად: ჯერ ყოველი ნუკლეოტიდი მოწმდება შაბლონთან შესაბამისობაში, სანამ მზარდ ჯაჭვში მოხვდება, შემდეგ კი, სანამ ჯაჭვში შემდეგი ნუკლეოტიდი შედის. ეს კორექტირება ტარდება ორ ეტაპად: ჯერ ყოველი ნუკლეოტიდი მოწმდება შაბლონთან შესაბამისობაში, სანამ მზარდ ჯაჭვში მოხვდება, შემდეგ კი, სანამ ჯაჭვში შემდეგი ნუკლეოტიდი შედის. დნმ-ის შეკეთება დნმ-ის პოლიმერაზების ეგზონუკლაზური აქტივობის გამო

როდესაც არასწორი ნუკლეოტიდი არის ჩასმული, ორმაგი სპირალი დეფორმირებულია. ეს საშუალებას აძლევს დნმ-P-ს უმეტეს შემთხვევაში ამოიცნოს მზარდი ჯაჭვის დეფექტი. თუ შეცდომით ჩასმული ნუკლეოტიდი ვერ ახერხებს წყალბადის ბმის შექმნას კომპლემენტარულ ბაზასთან, დნმ-II შეაჩერებს რეპლიკაციის პროცესს, სანამ სწორი ნუკლეოტიდი არ დაიკავებს ადგილს. ევკარიოტებში დნმ-P-ს არ აქვს 3-5 ეგზონუკლეაზას აქტივობა. როდესაც არასწორი ნუკლეოტიდი არის ჩასმული, ორმაგი სპირალი დეფორმირებულია. ეს საშუალებას აძლევს დნმ-P-ს უმეტეს შემთხვევაში ამოიცნოს მზარდი ჯაჭვის დეფექტი. თუ შეცდომით ჩასმული ნუკლეოტიდი ვერ ახერხებს წყალბადის ბმის შექმნას კომპლემენტარულ ბაზასთან, დნმ-II შეაჩერებს რეპლიკაციის პროცესს, სანამ სწორი ნუკლეოტიდი არ დაიკავებს ადგილს. ევკარიოტებში დნმ-P-ს არ აქვს 3-5 ეგზონუკლეაზას აქტივობა.

ალკილაციური დაზიანების აღდგენა ალკილის ან მეთილის ჯგუფების დამატებით გამოწვეული გენეტიკური დაზიანება შეიძლება გამოსწორდეს ამ ჯგუფების მოცილებით სპეციფიური ფერმენტებით. სპეციფიკური ფერმენტი O 6 მეთილგუანინის ტრანსფერაზა ცნობს O 6 მეთილგუანინს დნმ-ში და შლის მეთილის ჯგუფს და აბრუნებს ფუძეს თავდაპირველ ფორმას. ალკილის ან მეთილის ჯგუფების დამატებით გამოწვეული გენეტიკური დაზიანება შეიძლება გამოსწორდეს ამ ჯგუფების მოცილებით სპეციფიური ფერმენტებით. სპეციფიკური ფერმენტი O 6 მეთილგუანინის ტრანსფერაზა ცნობს O 6 მეთილგუანინს დნმ-ში და შლის მეთილის ჯგუფს და აბრუნებს ფუძეს თავდაპირველ ფორმას.

პოლინუკლეოტიდური ლიგაზას მოქმედება მაგალითად, ერთჯაჭვიანი დნმ-ის რღვევა შეიძლება მოხდეს მაიონებელი გამოსხივების გავლენის ქვეშ. პოლინუკლეოტიდური ლიგაზას ფერმენტი აკავშირებს დნმ-ის გატეხილ ბოლოებს. მაგალითად, მაიონებელი გამოსხივების გავლენის ქვეშ შეიძლება მოხდეს დნმ-ის ერთჯაჭვიანი რღვევები. პოლინუკლეოტიდური ლიგაზას ფერმენტი აკავშირებს დნმ-ის გატეხილ ბოლოებს.

ამოკვეთის შეკეთების ეტაპები 1. ენდონუკლეაზას მიერ დნმ-ის დაზიანების ამოცნობა 1. ენდონუკლეაზას მიერ დნმ-ის დაზიანების ამოცნობა 2. ფერმენტის მიერ დნმ-ის ჯაჭვის ამოკვეთა (გაჭრა) დაზიანების ორივე მხარეს 2. დნმ-ის ჯაჭვის ამოკვეთა (ჩაჭრა) ფერმენტი დაზიანების ორივე მხარეს 3. ამოკვეთა (გაჭრა და მოცილება) დაზიანება ჰელიკაზით 3. დაზიანების ამოკვეთა (დაჭრა და მოცილება) ჰელიკაზით 4. რესინთეზი: დნმ-P ავსებს უფსკრული და ლიგაზა უერთდება დნმ-ის ბოლოებს 4. რესინთეზი : დნმ-P ავსებს უფსკრული და ლიგაზა უერთდება დნმ-ის ბოლოებს

შეუსაბამობის შეკეთება დნმ-ის რეპლიკაციის დროს, შეჯვარების შეცდომები წარმოიქმნება, როდესაც არაკომპლექტური წყვილები იქმნება დამატებითი წყვილების A-T, G-C ნაცვლად. შეუსაბამობა გავლენას ახდენს მხოლოდ ბავშვის ძაფზე. შეუსაბამობის აღდგენის სისტემამ უნდა მოძებნოს შვილობილი ძაფები და შეცვალოს არაკომპლიმენტური ნუკლეოტიდები. დნმ-ის რეპლიკაციის დროს, შეჯვარების შეცდომები ხდება მაშინ, როდესაც არაკომპლიმენტური წყვილები ყალიბდება დამატებითი წყვილების A-T, G-C ნაცვლად. შეუსაბამობა გავლენას ახდენს მხოლოდ ბავშვის ძაფზე. შეუსაბამობის აღდგენის სისტემამ უნდა მოძებნოს შვილობილი ძაფები და შეცვალოს არაკომპლიმენტური ნუკლეოტიდები.

შეუსაბამობის შეკეთება როგორ განვასხვავოთ ბავშვის ღერი მშობლისგან? როგორ განვასხვავოთ ბავშვის ჯაჭვი მშობლის ჯაჭვიდან? გამოდის, რომ სპეციალური მეთილაზა ფერმენტები ამაგრებენ მეთილის ჯგუფებს ადენინებს GATC-ის თანმიმდევრობით მშობლის ჯაჭვზე და ის მეთილირებული ხდება, განსხვავებით არამეთილირებული ქალიშვილისგან. E. coli-ში 4 გენის პროდუქცია პასუხობს შეუსაბამობის შეკეთებას: mut S, mut L, mut H, mut U. გამოდის, რომ სპეციალური მეთილაზა ფერმენტები ამაგრებენ მეთილის ჯგუფებს ადენინებს GATC თანმიმდევრობით დედის ჯაჭვზე და ის. ხდება მეთილირებული ბავშვისგან განსხვავებით. E. coli-ში 4 გენის პროდუქტები შეესაბამება შეუსაბამობის შეკეთებას: mut S, mut L, mut H, mut U.

დნმ-ის შემდგომი რეპლიკაციური შეკეთება დნმ-ის შემდგომი რეპლიკაციური შეკეთება ხდება მაშინ, როდესაც დაზიანება გადარჩება რეპლიკაციის ფაზაში (ძალიან დიდი დაზიანება, ან დაზიანება მოხდა რეპლიკაციის წინ) ან არის ისეთი ხასიათის, რომ შეუძლებელს ხდის მის შეკეთებას ექსციზიური შეკეთებით (მაგალითად დნმ-ის ჯაჭვების ჯვარედინი კავშირი). ეს სისტემა განსაკუთრებით მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ევკარიოტებში, რაც უზრუნველყოფს კოპირების შესაძლებლობას თუნდაც დაზიანებული მატრიციდან (თუმცა შეცდომების გაზრდილი რაოდენობით). ამ ტიპის დნმ-ის შეკეთების ერთ-ერთი სახეობაა რეკომბინაციური შეკეთება.

SOS შეკეთება აღმოაჩინა 1974 წელს მ.რადმანის მიერ. მან სახელი დაასახელა საერთაშორისო უბედურების სიგნალის ჩათვლით. ირთვება, როდესაც დნმ-ში იმდენად დიდი დაზიანებაა, რომ ისინი საფრთხეს უქმნის უჯრედის სიცოცხლეს. ინდუცირებულია ცილების სინთეზი, რომლებიც დნმ-II კომპლექსს უერთდებიან და დეფექტური შაბლონის საპირისპიროდ ქმნიან ქალიშვილის დნმ-ის ჯაჭვს. შედეგად, დნმ შეცდომით ორმაგდება და შეიძლება მოხდეს უჯრედების დაყოფა. მაგრამ თუ სასიცოცხლო ფუნქციები დაზარალდა, უჯრედი მოკვდება. აღმოაჩინა 1974 წელს მ.რადმანმა. მან სახელი დაასახელა საერთაშორისო უბედურების სიგნალის ჩათვლით. ირთვება, როდესაც დნმ-ში იმდენად დიდი დაზიანებაა, რომ ისინი საფრთხეს უქმნის უჯრედის სიცოცხლეს. ინდუცირებულია ცილების სინთეზი, რომლებიც დნმ-II კომპლექსს უერთდებიან და დეფექტური შაბლონის საპირისპიროდ ქმნიან ქალიშვილის დნმ-ის ჯაჭვს. შედეგად, დნმ შეცდომით ორმაგდება და შეიძლება მოხდეს უჯრედების დაყოფა. მაგრამ თუ სასიცოცხლო ფუნქციები დაზარალდა, უჯრედი მოკვდება.

დნმ-ის შეკეთება და ადამიანის მემკვიდრეობის დაავადებები ადამიანის აღდგენის სისტემის დარღვევაა: ნაადრევი დაბერების მიზეზი ონკოლოგიური დაავადებები (ყველა კიბოს 80-90%) აუტოიმუნური დაავადებები (რევმატოიდული ართრიტი, SLE, ალცჰეიმერის დაავადება)

რეპარაციის დარღვევასთან დაკავშირებული დაავადებები Xeroderma pigmentosa Xeroderma pigmentosum. ჰაჩინსონ-გილფორდი) ბავშვთა პროგერია (ჰაჩინსონ-გილფორდის სინდრომი) მოზრდილთა პროგერია (ვერნერის სინდრომი) მოზრდილთა პროგერია (ვერნერის სინდრომი)

ატაქსია-ტელანგიექტაზია ან ლუი-ბარის სინდრომი: A-P, ცერებრული ატაქსია, მოძრაობების კოორდინაციის დარღვევა, ტელანგიექტაზიები - მცირე სისხლძარღვების ადგილობრივი გადაჭარბებული გაფართოება, იმუნოდეფიციტი, კიბოსადმი მიდრეკილება. ბლუმის სინდრომი: A-P, მაღალი მგრძნობელობა UV სხივების მიმართ, ჰიპერპიგმენტაცია, სიწითლე სახეზე პეპლის სახით.

ტრიქოთიოდისტროფია: A-P, გოგირდის ნაკლებობა თმის უჯრედებში, მტვრევადობა, ვეფხვის კუდის მსგავსი, კანის, კბილების ანომალიები, სქესობრივი განვითარების დეფექტები. კოკაინის სინდრომი: A-P, ჯუჯა ნორმალური ზრდის ჰორმონებით, სიყრუე, მხედველობის ატროფია, დაჩქარებული დაბერება, მგრძნობიარე მზის მიმართ. ფანკონის ანემია: სისხლის ყველა უჯრედული ელემენტის რაოდენობის შემცირება, ჩონჩხის დარღვევები, მიკროცეფალია, სიყრუე. მიზეზი არის პირიმიდინის დიმერების ამოკვეთის დარღვევა და დნმ-ის ჯვარედინი ბმულების აღდგენის დარღვევა.

ლიტერატურა: 1. გენეტიკა. რედ. ივანოვა V.I. მ., ჟიმულევი ი.ფ. ზოგადი და მოლეკულური გენეტიკა. ნოვოსიბირსკი, მუმინოვი ტ.ა., კუანდიკოვი ე.უ. მოლეკულური ბიოლოგიის საფუძვლები (ლექციების კურსი). ალმათი, მუშკაბაროვი ნ.ნ., კუზნეცოვი ს.ლ. Მოლეკულური ბიოლოგია. მ., 2003 წ.

მიუხედავად ფერმენტების მუშაობის მაღალი სიზუსტისა, რომლებიც ახორციელებენ დნმ-ის რეპლიკაციას, ისევე როგორც კორექტირების მექანიზმის არსებობის, შეცდომები მაინც ხდება დნმ-ის ახალი ჯაჭვების სინთეზის დროს, რომლებიც დაკავშირებულია მათ შემადგენლობაში არაკომპლექტური ნუკლეოტიდების ჩართვასთან. გარდა ამისა, უჯრედებში დნმ-ის მოლეკულები ექვემდებარება სხვადასხვა ფიზიკურ და ქიმიურ ფაქტორებს, რომლებიც არღვევენ მათ სტრუქტურას. დნმ-ის ზოგიერთი ყველაზე გავრცელებული დაზიანება მოიცავს:

პურინსა და დეზოქსირიბოზას შორის (b-N)-გლიკოზიდური ბმების რღვევა (დეპურირება), რაც ყველაზე ხშირად ტემპერატურის მატების შედეგია. ადამიანის უჯრედში დღეში 5000-დან 10000-მდე მოქმედება სრულდება დეპურაცია;

ციტოზინის და ადენინის ნარჩენების სპონტანური დეამინირება ურაცილისა და ჰიპოქსანტინის ნარჩენების წარმოქმნით, შესაბამისად (დაახლოებით 100 მოვლენა თითო გენომზე დღეში);

აზოტოვანი ფუძეების ალკილაცია სპეციალური კლასის ქიმიკატების მოქმედებით ( ალკილირების აგენტები);

- ინტერკალაცია(ჩანერგვა) ზოგიერთი ნაერთების მიმდებარე წყვილ ნუკლეოტიდებს შორის;

დნმ-ის ჯაჭვებს შორის კოვალენტური ჯვარედინების ფორმირება ორფუნქციური აგენტების მოქმედებით;

ციკლობუტანის დიმერების წარმოქმნა, რომელიც წარმოიქმნება ულტრაიისფერი სინათლის (UV) შთანთქმის შედეგად (ნახ. 2.2) ჯაჭვში მიმდებარე პირიმიდინებს შორის.

ამ დაზიანების უმეტესობა არღვევს გენის რეპლიკაციისა და ექსპრესიის პროცესებს, მაგალითად, E. coli დნმ-ში თითოეული თიმინის დიმერი აყოვნებს რეპლიკაციას 10 წამით. გარდა ამისა, ეს დაზიანებები მუტაციების წყაროა, თუ ისინი არ გამოსწორდება დნმ-ის რეპლიკაციის დაწყებამდე.

ყველაზე ხშირად, ასეთი დარღვევები ხდება მხოლოდ დნმ-ის ერთ-ერთ ჯაჭვში, ხოლო მეორე ჯაჭვი, დაზიანების საპირისპიროდ, უმეტეს შემთხვევაში შეიცავს "სწორ" თანმიმდევრობას, რომელიც შეიძლება იყოს შეცდომების გამოსწორების მატრიცა. ამრიგად, დნმ-ის ორმაგი სპირალი, ისევე როგორც ის ფაქტი, რომ ის კოდირებს ინფორმაციას აღმდგენი ფერმენტების სტრუქტურის შესახებ, შესაძლებელს ხდის შეცდომების გამოსწორების უნიკალურ მექანიზმს - შეკეთებას, რომელიც დამახასიათებელია მოლეკულების მხოლოდ ერთი კლასისთვის - დნმ-ისთვის.

არსებობს მრავალი სარემონტო სისტემა და მექანიზმი, რომელიც არსებობს სხვადასხვა ორგანიზმში, მათ შორის არის ისეთებიც, რომლებიც სპეციფიკურია მხოლოდ ერთი სახის დაზიანების გამოსწორებისთვის და ასევე არის ნაკლებად სპეციფიკური. მოხერხებულობისთვის, ყველა ამჟამად ცნობილი სარემონტო პროცესი შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად: 1) რომლებიც არ საჭიროებენ რეპლიკაციის მონაწილეობას და წარმოადგენს დნმ-ის დაზიანების პირდაპირ კორექტირებას; 2) უფრო რთული პროცესები, რომლის დროსაც ხდება სარემონტო რეპლიკაცია. საუკეთესოდ შესწავლილი სარემონტო მექანიზმები არის ულტრაიისფერი გამოსხივებით გამოწვეული დაზიანების აღდგენის მიმართ - პირიმიდინის დიმერები (ნახ. 2.2).

ვინაიდან ულტრაიისფერი შუქზე დამოკიდებული ფერმენტები ჩართულია ულტრაიისფერი გამოსხივების შედეგების აღდგენის ყველაზე ცნობილ პროცესებში, სარემონტო მექანიზმები ასევე იყოფა ნათებად (რომელიც შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ ხილულ შუქზე) და ბნელად (რაც არ საჭიროებს მონაწილეობას. ხილული სინათლის) შეკეთება.

დაზიანების უშუალო აღდგენის აღდგენის მექანიზმები მოიცავს გუანინის ნარჩენების დეკილირებას და ციკლობუტანის დიმერების მონომერიზაციას მიმდებარე პირიმიდინის ფუძეებს შორის. მეთილგუანინის ნარჩენების დეალკილაცია ეხება ბნელ აღდგენას და ხდება ბაქტერიულ უჯრედებში არსებული ფერმენტების მონაწილეობით და კვებავს. O6-მეთილგუანინ-დნმ-ალკილ-ტრანსფერაზა კატალიზებს ალკილის ჯგუფების გადატანას ცისტეინის ნარჩენების სულფჰიდრილ ჯგუფებში (ნახ. 2.3).

ამ პროცესში ხდება დიმერების დაშლა პირიმიდინის ნუკლეოტიდებს შორის ფოტორეაქტივაცია- ულტრაიისფერი გამოსხივებით დაზიანებული დნმ-ის მოლეკულების სტრუქტურის აღდგენა ხილული სინათლის შემდგომი ზემოქმედების შედეგად (სინათლის შეკეთება). ცნობილი არაფერმენტული მოკლე ტალღის ფოტორეაქტივაცია, რომელიც მოიცავს დიმერების მონომერიზაციას ულტრაიისფერი გამოსხივების მოქმედებით ტალღის სიგრძე 240 ნმ, აგრეთვე ფერმენტული ფოტორეაქტივაცია. ეს უკანასკნელი ჩვეულებრივ გაგებულია, როგორც თავად ფოტორეაქტივაცია. ეს პროცესი მოითხოვს ხილული სინათლის მონაწილეობას ტალღის სიგრძით 300-600 ნმ და ხორციელდება სპეციფიური ფოტორეაქტივირებელი ფერმენტების (დეოქსირიბოპირიმიდინ ფოტოლიზაზა) მოქმედებით. პირიმიდინის ფუძეების დიმერები ემსახურება ფოტოლიაზას სუბსტრატს, რომელთანაც იგი ქმნის კომპლექსს (ფერმენტი არ უკავშირდება ხელუხლებელი დნმ-ს). შთანთქმის სინათლის ენერგიის გამოყენებით ფერმენტი ანადგურებს დიმერს დნმ-ის ჯაჭვების გაწყვეტის გარეშე (ნახ. 2.4).

ფოტორეაქტივაციის ფენომენი ბუნებაში ფართოდ არის გავრცელებული და ისეთ პრიმიტიულ მიკროორგანიზმებშიც კი გვხვდება, როგორიცაა მიკოპლაზმები. ფოტორეაქტივირებელი ფერმენტები იქნა ნაპოვნი ზოგიერთ მაღალ მცენარესა და ცხოველში და ყველა შესწავლილ ბაქტერიაში, გარდა Deinococcus radiodurans-ისა, რომელიც, თუმცა, უკიდურესად მდგრადია ულტრაიისფერი გამოსხივების მიმართ: ეს ბაქტერიები უძლებენ 1000-ჯერ მაღალ დოზას, ვიდრე ის, ვინც კლავს E. coli-ს. . ფოტორეაქტივაციის უნარის სრული არარსებობის შემთხვევაში, D. radiodurans-ს აქვს ამოკვეთის მძლავრი სარემონტო სისტემა.

დამახინჯებული რეგიონების ჩანაცვლებასთან დაკავშირებული სარემონტო მოვლენები არ საჭიროებს ხილული შუქის მონაწილეობას და, სხვა ფერმენტების გარდა, მათში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ორი ტიპის ნუკლეაზა: ეგზო- და ენდონუკლეაზები. ეგზონუკლეაზები ჭრიან დნმ-ს ძაფების ბოლოებიდან დაწყებული, ხოლო ენდონუკლეაზები თავს ესხმიან ძაფებს შიდა ნაწილებში, ქმნიან დნმ-ში ერთჯაჭვიან რღვევებს. რეპარაციულ დნმ-ის სინთეზთან დაკავშირებული სხვადასხვა სახის შეკეთების მრავალფეროვნებას შორის შეიძლება გამოიყოს ორი ძირითადი: ამოკვეთილიდა პოსტრეპლიკაციულირეპარაცია.

ამოკვეთის შეკეთება.ამოკვეთის შეკეთების გამორჩეული თვისებაა დაზიანებული დნმ-ის რეგიონის მოცილება. ამ ტიპის შეკეთება არ არის ისეთი სპეციფიკური დნმ-ის დაზიანების მიმართ, როგორც ფოტორეაქტივაცია, და ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ პირიმიდინის დიმერების, არამედ დნმ-ის სტრუქტურაში მრავალი სხვა ცვლილების შესაკეთებლად. ამოკვეთის შეკეთება (ნახ. 2.5, ა) მრავალსაფეხურიანი პროცესია და მოიცავს შემდეგ მოვლენებს:

1) დნმ-ში დაზიანების ამოცნობა, რომელსაც ახორციელებენ სპეციფიკური ენდონუკლეაზები, რომლებიც ასევე ასრულებენ შემდეგ სტადიას;

2) დნმ-ის ერთი ჯაჭვის გაჭრა დაზიანების მახლობლად - ჭრილობა(განხორციელებული ენდონუკლეაზებით);

3) ნუკლეოტიდების ჯგუფის მოცილება დაზიანებასთან ერთად - ამოკვეთა(ახორციელებენ ეგზონუკლეაზებს);

4) დნმ-ის რესინთეზი - წარმოქმნილი ხარვეზის შევსება (დნმ პოლიმერაზას აქტივობა);

5) შეკეთებული ჯაჭვის უწყვეტობის აღდგენა მოლეკულის შაქარ-ფოსფატის ხერხემლის კოვალენტური ბმების წარმოქმნის გამო.

ამოკვეთის შეკეთების მექანიზმი საუკეთესოდ არის შესწავლილი პირიმიდინის დიმერების მუქი მოცილების მაგალითის გამოყენებით UV დასხივებული E. coli დნმ-დან. E. coli უჯრედებში ამ პროცესზე პასუხისმგებელია uvrA-D გენები (კოდირებს ფერმენტების სტრუქტურას, რომლებიც ჭრიან დნმ-ის ჯაჭვის მონაკვეთს დიმერით), ასევე polA (განსაზღვრავს დნმ პოლიმერაზა I-ის სტრუქტურას, რომელიც ასრულებს დნმ-ის რეპარაციულ სინთეზს). ამოკვეთის შეკეთების ამ მეთოდის თავისებურებაა თიმინის დიმერის ორივე მხარეს ერთჯაჭვიანი ჭრილობების წარმოქმნა.

ზოგიერთი ორგანიზმი იყენებს დაზიანების აღსადგენად, მათ შორის ის, რაც დაკავშირებულია თიმინის დიმერების წარმოქმნასთან, სხვა სახის ამოკვეთის შეკეთებას, რომელიც მოიცავს პროცესში სპეციალური ფერმენტის, N-გლიკოზილაზას მონაწილეობას. ამ შემთხვევაში პირველი რეპარაციული მოვლენაა გლიკოზიდური ბმის გაწყვეტა დაზიანებულ ფუძეს (მაგალითად, ერთ-ერთი თიმინი დიმერში, N-ალკილირებული პურინი და სხვ.) და დეზოქსირიბოზას შორის. ამრიგად, არსებობს ადგილობრივი აპურინიზაცია, ან აპირიმიდაცია; წარმოიქმნება ეგრეთ წოდებული AP ადგილი, რომელიც აღიარებულია AP-სპეციფიკური ენდონუკლეაზას მიერ, რომელიც წყვეტს ფოსფოდიესტერულ კავშირს AP უბნის მახლობლად. შემდეგ უფსკრული ივსება ჩვეულებრივი რეპარაციული სინთეზის გამოყენებით.

ბაქტერიულ და ევკარიოტულ უჯრედებში აღმოჩენილია მრავალი განსხვავებული N-გლიკოზილაზა. მაგალითად, ურაცილ-დნმ გლიკოზილაზა ცნობს შეუსაბამო dG/dU წყვილს, რომელიც გამოწვეულია dG/dC წყვილიდან დეოქსიციტოზინის ნარჩენის სპონტანური დეამინაციის შედეგად. ციტოზინის დეამინაციამ შეიძლება გამოიწვიოს მუტანტური ნუკლეოტიდური წყვილის dA/dT წარმოქმნა რეპლიკაციის დროს, ვინაიდან ურაცილი წყალბადის კავშირის თვალსაზრისით იქცევა თიმინის მსგავსად. ამ ტიპის კიდევ ერთი ფართოდ გავრცელებული ფერმენტია პირიმიდინ დიმერ-N-გლიკოზილაზა, რომელიც ქმნის აპირიმიდინის ადგილს პირიმიდინის დიმერების წარმოქმნასთან დაკავშირებული დაზიანების აღდგენისას.

ადგილები, სადაც ადგილი ჰქონდა დეპურაციას ან დეპირიმიდინიზაციას, იხსნება AP (აპურინული და აპირიმიდინური) ენდონუკლეაზას ფერმენტები. არსებობს მრავალი განსხვავებული AP ენდონუკლეაზა პრო- და ეუკარიოტულ უჯრედებში. ზოგიერთი მათგანი ჭრის ჯაჭვს AP ადგილის 3' მხრიდან, ზოგი კი წყვეტს დიესტერულ კავშირს 5' მხრიდან; ორივე შემთხვევაში წარმოიქმნება 3'-ჰიდროქსილის და 5'-ფოსფორილის ბოლოები. ეს საშუალებას აძლევს ეგზონუკლეაზას მოხსნას მიმდებარე ნამსხვრევები ჭრილობის ორივე მხარეს დაზიანებასთან ერთად.

ამოკვეთის შეკეთების სხვადასხვა ვარიანტები გავრცელებულია პრო და ევკარიოტულ ორგანიზმებში, მათ შორის ძუძუმწოვრებში. ამოკვეთის შეკეთების პროცესების დარღვევამ შეიძლება გამოიწვიოს დრამატული შედეგები. ასე რომ, ადამიანებში ცნობილია მემკვიდრეობითი დაავადება - ქსეროდერმა პიგმენტოზა, რომლის ძირითადი სიმპტომებია მზის სხივების მიმართ მომატებული მგრძნობელობა, რაც იწვევს კანის კიბოს განვითარებას. ამ პაციენტებს აღმოაჩნდათ სხვადასხვა დეფექტები ამოკვეთის შეკეთებაში.

რეპლიკაციის შემდგომი შეკეთება. ამ ტიპის შეკეთება მოითხოვს გენური პროდუქტების მონაწილეობას, რომლებიც ასევე მონაწილეობენ რეკომბინაციის მოვლენებში (rec გენები) და არ ხორციელდება rec მუტანტების უჯრედებში, ამიტომ მას ასევე უწოდებენ რეკომბინაციის შეკეთებას. რეკომბინანტული პოსტ-რეპლიკაციური შეკეთება ეფუძნება დაზიანებული დნმ-ის რეპლიკაციისა და რეკომბინაციის პროცესებს; ის ყველაზე ნაკლებად სპეციფიკურია ყველა განხილულ შეკეთებას შორის, რადგან მას აკლია დაზიანების ამოცნობის ეტაპი. ეს არის საკმაოდ სწრაფი აღდგენის მეთოდი. მშობლიურიდნმ-ის სტრუქტურები ქალიშვილულ (ახლად სინთეზირებულ) ძაფებში: ნაჩვენებია, რომ აღდგენა ხდება უკვე დასხივების შემდეგ პირველ წუთებში. ამ პროცესის თავისებურებაა დაზიანების შენარჩუნება თავდაპირველ (დედობრივ) ჯაჭვებში (ნახ. 2.5, B).

მარხვასთან ერთად ხდება ნელი პოსტ-რეპლიკაციული შეკეთებაც, რომელიც რამდენიმე საათს მოითხოვს. იგი წარმოიქმნება ფერმენტების სისტემის მიერ, რომელიც არ არის დასხივებულ უჯრედებში და რომელიც გამოწვეულია დასხივებით. ამ მექანიზმს SOS რეპარაცია ეწოდება. მისი გასაოცარი განსხვავებაა მუტაციების სიხშირის მნიშვნელოვანი ზრდა, მიუხედავად იმისა, რომ დნმ უკვე დაზიანებულია. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს დაზიანებული დნმ-ის ჯაჭვის შაბლონად გამოყენების გამო.

რეპლიკაციის შემდგომი აღდგენა არსებობს არა მხოლოდ ბაქტერიებში, არამედ ევკარიოტულ უჯრედებში, მათ შორის ძუძუმწოვრებში.

შეკეთება არის ცოცხალი უჯრედის საკუთრება დნმ-ის სხვადასხვა დაზიანების წინააღმდეგ საბრძოლველად. გარემომცველ სამყაროში არსებობს მრავალი ფაქტორი, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს შეუქცევადი ცვლილებები ცოცხალ ორგანიზმში. მისი მთლიანობის შესანარჩუნებლად, პათოლოგიური და სიცოცხლისთვის შეუთავსებელი მუტაციების თავიდან ასაცილებლად, უნდა არსებობდეს თვითაღდგენის სისტემა. როგორ ირღვევა უჯრედის გენეტიკური მასალის მთლიანობა? მოდით განვიხილოთ ეს კითხვა უფრო დეტალურად. ჩვენ ასევე გავარკვევთ ორგანიზმის აღდგენის რა მექანიზმები არსებობს და როგორ მუშაობს ისინი.

დარღვევები დნმ-ში

დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას მოლეკულა შეიძლება დაიშალოს როგორც ბიოსინთეზის დროს, ასევე მავნე ნივთიერებების გავლენის ქვეშ. ნეგატიური ფაქტორები, კერძოდ, მოიცავს ტემპერატურას ან სხვადასხვა წარმოშობის ფიზიკურ ძალებს. თუ განადგურება მოხდა, უჯრედი იწყებს აღდგენის პროცესს. ასე იწყება პირვანდელი სტრუქტურის აღდგენა.აღდგენის პასუხისმგებელია უჯრედების შიგნით არსებული სპეციალური ფერმენტული კომპლექსები. ზოგიერთი დაავადება დაკავშირებულია ცალკეული უჯრედების აღდგენის უუნარობასთან. მეცნიერება, რომელიც სწავლობს რეპარაციის პროცესებს, არის ბიოლოგია. დისციპლინის ფარგლებში ჩატარდა უამრავი ექსპერიმენტი და ექსპერიმენტი, რომლის წყალობითაც აღდგენის პროცესი უფრო გასაგები ხდება. აღსანიშნავია, რომ ძალიან საინტერესოა დნმ-ის შეკეთების მექანიზმები, ისევე როგორც ამ ფენომენის აღმოჩენისა და შესწავლის ისტორია. რა ფაქტორები უწყობს ხელს აღდგენის დაწყებას? პროცესის დასაწყებად აუცილებელია დნმ-ზე გავლენა იქონიოს ქსოვილის აღდგენის სტიმულატორმა. რა არის ეს, ჩვენ უფრო დეტალურად გეტყვით ქვემოთ.

აღმოჩენის ისტორია

ამ გასაოცარმა ფენომენმა დაიწყო ამერიკელი მეცნიერის კელნერის შესწავლა. პირველი მნიშვნელოვანი აღმოჩენა რემონტის შესწავლის გზაზე იყო ისეთი ფენომენი, როგორიცაა ფოტორეაქტივაცია. ამ ტერმინით კელნერმა უწოდა ულტრაიისფერი გამოსხივების ზიანის შემცირების ეფექტს დაზიანებული უჯრედების შემდგომი დამუშავების დროს ხილული სპექტრის ნათელი გამოსხივებით.

"სინათლის აღდგენა"

შემდგომში, კელნერის კვლევამ მიიღო თავისი ლოგიკური გაგრძელება ამერიკელი ბიოლოგების სეტლოუს, რუპერტისა და სხვათა მუშაობაში. მეცნიერთა ამ ჯგუფის მუშაობის წყალობით, საიმედოდ დადგინდა, რომ ფოტორეაქტივაცია არის პროცესი, რომელიც გამოწვეულია სპეციალური ნივთიერებით - ფერმენტით, რომელიც ახორციელებს თიმინის დიმერების დაშლას. ისინი იყვნენ, ვინც, როგორც გაირკვა, ექსპერიმენტების დროს ჩამოყალიბდნენ ულტრაიისფერი გამოსხივების გავლენის ქვეშ. ამავდროულად, კაშკაშა ხილულმა შუქმა გამოიწვია ფერმენტის მოქმედება, რამაც ხელი შეუწყო დიმერების დაშლას და დაზიანებული ქსოვილების პირვანდელი მდგომარეობის აღდგენას. ამ შემთხვევაში საუბარია დნმ-ის შეკეთების მსუბუქ ვერსიაზე. მოდით განვსაზღვროთ ეს უფრო ნათლად. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სინათლის შეკეთება არის დნმ-ის თავდაპირველი სტრუქტურის აღდგენა სინათლის გავლენის ქვეშ დაზიანების შემდეგ. თუმცა, ეს პროცესი არ არის ერთადერთი, რაც ხელს უწყობს ზიანის აღმოფხვრას.

"ბნელი" აღდგენა

სინათლის აღმოჩენიდან რამდენიმე ხნის შემდეგ, ბნელი შეკეთება აღმოაჩინეს. ეს ფენომენი ხდება ხილული სპექტრის სინათლის სხივების ყოველგვარი ზემოქმედების გარეშე. აღდგენის ეს უნარი აღმოაჩინეს ზოგიერთი ბაქტერიის მგრძნობელობის შესწავლის დროს ულტრაიისფერი სხივების მიმართ და მუქი დნმ-ის შეკეთება არის უჯრედების უნარი ამოიღონ ნებისმიერი პათოგენური ცვლილება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავაში. მაგრამ უნდა ითქვას, რომ ეს აღარ არის ფოტოქიმიური პროცესი, განსხვავებით სინათლის შემცირებისგან.

მუქი დაზიანების აღდგენის მექანიზმი

ბაქტერიებზე დაკვირვებამ აჩვენა, რომ მას შემდეგ, რაც ერთუჯრედულმა ორგანიზმმა მიიღო ულტრაიისფერი გამოსხივების ნაწილი, რის შედეგადაც დაზიანდა დნმ-ის ზოგიერთი მონაკვეთი, უჯრედი გარკვეულწილად არეგულირებს მის შინაგან პროცესებს. შედეგად, დნმ-ის შეცვლილი ნაწილი უბრალოდ მოწყვეტილია საერთო ჯაჭვიდან. შედეგად მიღებული ხარვეზები ივსება ამინომჟავებისგან საჭირო მასალით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ტარდება დნმ-ის მონაკვეთების რესინთეზი. მეცნიერთა მიერ ისეთი ფენომენის აღმოჩენა, როგორიცაა მუქი ქსოვილის აღდგენა, კიდევ ერთი ნაბიჯია ცხოველისა და ადამიანის სხეულის საოცარი დამცავი შესაძლებლობების შესწავლაში.

როგორ მუშაობს რეპარაციის სისტემა

ექსპერიმენტები, რამაც შესაძლებელი გახადა აღდგენის მექანიზმების და ამ უნარის არსებობის გამოვლენა, ჩატარდა ერთუჯრედიანი ორგანიზმების დახმარებით. მაგრამ აღდგენის პროცესები თანდაყოლილია ცხოველებისა და ადამიანების ცოცხალ უჯრედებში. ზოგიერთი ადამიანი იტანჯება ეს დაავადება გამოწვეულია უჯრედების უნარის ნაკლებობით, დაზიანებული დნმ-ის ხელახალი სინთეზირება. ქსეროდერმია მემკვიდრეობითია. რისგან შედგება რეპარაციის სისტემა? ოთხი ფერმენტი, რომლებიც მხარს უჭერენ აღდგენის პროცესს, არის დნმ ჰელიკაზა, -ეგზონუკლეაზა, -პოლიმერაზა და -ლიგაზა. ამ ნაერთებიდან პირველს შეუძლია აღიაროს დაზიანება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულის ჯაჭვში. ის არა მხოლოდ ცნობს, არამედ წყვეტს ჯაჭვს სწორ ადგილას, რათა ამოიღოს მოლეკულის შეცვლილი სეგმენტი. თავად ელიმინაცია ხორციელდება დნმ ეგზონუკლეაზას დახმარებით. შემდეგი, დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულის ახალი სეგმენტი სინთეზირებულია ამინომჟავებისგან, რათა მთლიანად შეცვალოს დაზიანებული სეგმენტი. ამ ყველაზე რთული ბიოლოგიური პროცედურის საბოლოო აკორდი შესრულებულია ფერმენტ დნმ ლიგაზას გამოყენებით. ის პასუხისმგებელია სინთეზირებული ადგილის დაზიანებულ მოლეკულაზე მიმაგრებაზე. მას შემდეგ რაც ოთხივე ფერმენტმა შეასრულა თავისი სამუშაო, დნმ-ის მოლეკულა მთლიანად განახლდება და ყველა დაზიანება წარსულს ჩაბარდა. ასე მუშაობს ცოცხალი უჯრედის შიგნით არსებული მექანიზმები ჰარმონიულად.

კლასიფიკაცია

ამ დროისთვის მეცნიერები განასხვავებენ რეპარაციის სისტემების შემდეგ ტიპებს. ისინი გააქტიურებულია სხვადასხვა ფაქტორების მიხედვით. Ესენი მოიცავს:

1. ხელახალი გააქტიურება.
2. რეკომბინაციის აღდგენა.
3. ჰეტეროდუპლექსების შეკეთება.
4. ამოკვეთის შეკეთება.
5. დნმ-ის მოლეკულების არაჰომოლოგური ბოლოების გაერთიანება.

ყველა უჯრედულ ორგანიზმს აქვს მინიმუმ სამი ფერმენტული სისტემა. თითოეულ მათგანს აქვს აღდგენის პროცესის განხორციელების უნარი. ეს სისტემებია: პირდაპირი, ექსციზიური და პოსტრეპლიკაციული. პროკარიოტებს აქვთ დნმ-ის აღდგენის ეს სამი ტიპი. რაც შეეხება ევკარიოტებს, მათ ხელთ აქვთ დამატებითი მექანიზმები, რომლებსაც Miss-mathe და Sos-repair ეწოდება. ბიოლოგიამ დეტალურად შეისწავლა უჯრედების გენეტიკური მასალის ყველა ამ ტიპის თვითგანკურნება.

დამატებითი მექანიზმების სტრუქტურა

პირდაპირი შეკეთება არის ყველაზე ნაკლებად რთული გზა დნმ-ში პათოლოგიური ცვლილებებისგან თავის დასაღწევად. იგი ხორციელდება სპეციალური ფერმენტებით. მათი წყალობით დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურის აღდგენა ძალიან სწრაფად ხდება. როგორც წესი, პროცესი ერთ ეტაპად მიმდინარეობს. ზემოთ აღწერილი ერთ-ერთი ფერმენტია O6-მეთილგუანინ-დნმ მეთილტრანსფერაზა. ამოკვეთის სარემონტო სისტემა არის თვითგანკურნებადი დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის ტიპი, რომელიც მოიცავს შეცვლილი ამინომჟავების ამოკვეთას და შემდეგ მათ შეცვლას ახლად სინთეზირებული რეგიონებით. ეს პროცესი უკვე რამდენიმე ეტაპად მიმდინარეობს. დნმ-ის რეპლიკაციის შემდგომი შეკეთების დროს, ამ მოლეკულის სტრუქტურაში შეიძლება წარმოიქმნას ხარვეზები ერთი ჯაჭვის ზომაში. შემდეგ ისინი იხურება RecA ცილის მონაწილეობით. პოსტრეპლიკაციური სარემონტო სისტემა უნიკალურია იმით, რომ არ არსებობს მის პროცესში პათოგენური ცვლილებების ამოცნობის ეტაპი.

ვინ არის პასუხისმგებელი აღდგენის მექანიზმზე

დღემდე მეცნიერებმა იციან, რომ ისეთ უბრალო არსებას, როგორიცაა E. coli, აქვს მინიმუმ ორმოცდაათი გენი, რომლებიც უშუალოდ პასუხისმგებელნი არიან შეკეთებაზე. თითოეული გენი ასრულებს კონკრეტულ ფუნქციებს. ესენია: ამოცნობა, მოცილება, სინთეზი, მიმაგრება, ულტრაიისფერი გამოსხივების ზემოქმედების ზემოქმედების იდენტიფიცირება და ა.შ. სამწუხაროდ, ნებისმიერი გენი, მათ შორის ის, ვინც პასუხისმგებელია უჯრედში აღდგენის პროცესებზე, განიცდის მუტაციურ ცვლილებებს. თუ ეს მოხდება, მაშინ ისინი იწვევენ უფრო ხშირ მუტაციებს სხეულის ყველა უჯრედში.

რატომ არის საშიში დნმ-ის დაზიანება?

ყოველდღიურად ჩვენი უჯრედების დნმ ექვემდებარება დაზიანებისა და პათოლოგიური ცვლილებების საშიშროებას. ამას ხელს უწყობს გარემო ფაქტორები, როგორიცაა საკვები დანამატები, ქიმიკატები, ტემპერატურის ცვლილებები, მაგნიტური ველები, მრავალი სტრესი, რომელიც იწვევს ორგანიზმში გარკვეულ პროცესებს და მრავალი სხვა. თუ დნმ-ის სტრუქტურა დაირღვა, ამან შეიძლება გამოიწვიოს უჯრედის მძიმე მუტაცია და მომავალში შეიძლება გამოიწვიოს კიბო. სწორედ ამიტომ, სხეულს აქვს ზომების ნაკრები, რომელიც შექმნილია ასეთი ზიანის მოსაგვარებლად. მაშინაც კი, თუ ფერმენტები ვერ აბრუნებენ დნმ-ს პირვანდელ ფორმას, სარემონტო სისტემა მუშაობს იმისთვის, რომ ზიანი მინიმუმამდე დაიყვანოს.

ჰომოლოგიური რეკომბინაცია

მოდით გავარკვიოთ რა არის. რეკომბინაცია არის გენეტიკური მასალის გაცვლა დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის მოლეკულების დაშლისა და შეერთების პროცესში. იმ შემთხვევაში, თუ დნმ-ში ხდება რღვევები, იწყება ჰომოლოგიური რეკომბინაციის პროცესი. მის დროს ხდება ორი მოლეკულის ფრაგმენტების გაცვლა. ამის გამო ზუსტად აღდგება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას ორიგინალური სტრუქტურა. ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება მოხდეს დნმ-ის ინფილტრაცია. რეკომბინაციის პროცესის წყალობით, ამ ორი განსხვავებული ელემენტის ინტეგრაცია შესაძლებელია.

სხეულის აღდგენისა და ჯანმრთელობის მექანიზმი

რეპარაცია ორგანიზმის ნორმალური ფუნქციონირების წინაპირობაა. ყოველდღიურად და საათობრივად ემუქრება დნმ-ის დაზიანება და მუტაცია, მრავალუჯრედული სტრუქტურა ადაპტირდება და გადარჩება. ეს ასევე განპირობებულია კარგად ჩამოყალიბებული რეპარაციის სისტემით. ნორმალური რეგენერაციული შესაძლებლობების ნაკლებობა იწვევს დაავადებებს, მუტაციებს და სხვა ანომალიებს. მათ შორისაა განვითარების სხვადასხვა პათოლოგიები, ონკოლოგია და თვით დაბერებაც კი. რემონტის დარღვევის გამო მემკვიდრეობითი დაავადებები შეიძლება გამოიწვიოს მძიმე ავთვისებიანი სიმსივნეები და სხეულის სხვა ანომალიები. ახლა გამოვლენილია დნმ-ის აღდგენის სისტემების გაუმართაობით გამოწვეული ზოგიერთი დაავადება. ეს არის, მაგალითად, ისეთი პათოლოგიები, როგორიცაა ქსეროდერმია, მსხვილი ნაწლავის არაპოლიპოზური კიბო, ტრიქოთიოდისტროფია და ზოგიერთი სიმსივნური სიმსივნე.

უჯრედებს ჰყავთ სხვადასხვა „სარემონტო ჯგუფი“, რომლებიც აკონტროლებენ დნმ-ზე შენახული ინფორმაციის უსაფრთხოებას. ასეთ ფიჭურ სისტემებს, რომლებიც აღადგენს დნმ-ის დაზიანებას, ეწოდება სარემონტო სისტემები.

ბაქტერია Escherichia coli-ში ახლა ცნობილია 50-ზე მეტი გენი, რომლებიც აკონტროლებენ აღდგენის პროცესებს. ეს გენები კოდირებენ ფერმენტებს, რომლებსაც შეუძლიათ, მაგალითად, ამოჭრან დნმ-ის ერთი ჯაჭვის დაზიანებული მონაკვეთები. დნმ პოლიმერაზა ჯაჭვის ამ ადგილს ნორმამდე ავსებს, დნმ ლიგაზები კი უფსკრული ჩაშენებული მონაკვეთის ადგილზე „იკერება“. არსებობს სპეციალური ფერმენტები, რომლებიც აღადგენს ულტრაიისფერი შუქით მიყენებულ დაზიანებას და ა.შ.

თუ მუტაციები ხდება სარემონტო სისტემის ზოგიერთ გენში, მაშინ ეს იწვევს მუტაციების სიხშირის ზრდას. ამრიგად, არსებობს გენები, მუტაციები, რომლებშიც იზრდება მუტაციების სიხშირე სხეულის სხვა გენებში.

ასევე არსებობს რთული უჯრედული მექანიზმები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ქრომოსომების სწორ განსხვავებას გამეტებად. თუ ეს მექანიზმები ვერ ხერხდება, დამატებითი ქრომოსომა ხვდება ერთ გამეტში, ხოლო ქრომოსომის დეფიციტი ხდება მეორეში. ასეთი გენომიური მუტაციები ჩვეულებრივ იწვევს ემბრიონის სიკვდილს, თანდაყოლილ მანკებს ან მემკვიდრეობით დაავადებებს.

ყოველდღიურად, ადამიანის სხეულის თითოეული უჯრედის დნმ-ის მოლეკულების დაახლოებით 100 000 ბმული ზიანდება სხვადასხვა ენდოგენური პროცესებისა და ეგზოგენური გენოტოქსიური ეფექტების გამო. დნმ-ის დაზიანებამ შეიძლება გამოიწვიოს მუტაციები, პროვოცირება მოახდინოს უჯრედების სიკვდილამდე ან გახდეს სტიმული მისი ავთვისებიანი ტრანსფორმაციისთვის. უჯრედში ასეთი შედეგების თავიდან ასაცილებლად, არსებობს რამდენიმე დამატებითი ფერმენტული სისტემა, რომლებიც მხარს უჭერენ პროცესებს, რომლებსაც ერთობლივად უწოდებენ დნმ-ის შეკეთებას. ყველა ამ სისტემის მთავარი მიზანია აღადგინოს დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელიც არსებობდა მის დაზიანებამდე, ან თუ ეს შეუძლებელია, ცვლილებების მინიმუმამდე შემცირება. დნმ-ის სარემონტო სისტემები უზრუნველყოფენ გენეტიკური ინფორმაციის გამრავლებისა და შენარჩუნების სიზუსტეს. რეპარაციული მექანიზმები, რომლებსაც უჯრედი იყენებს დნმ-ში ჩადებული ინფორმაციის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად, უნივერსალურია - ელემენტების ფუნქციური და ზოგჯერ სტრუქტურული ჰომოლოგია, რომლებიც ქმნიან ამ მექანიზმებს, შეიძლება გამოიკვლიოს ბაქტერიებიდან ადამიანებამდე. რაც უფრო რთულია უჯრედი, მით მეტია სტრუქტურული და მარეგულირებელი გენების და მათი პროდუქტების რაოდენობა, რომლებიც მონაწილეობენ დნმ-ის აღდგენის პროცესებში, თუმცა კონკრეტული პროცესის ძირითადი სქემა, როგორც წესი, უცვლელი რჩება. რეპარაციული მექანიზმები ქმნიან კომპლექსურ ქსელს, ნაქსოვი ფუნქციური კავშირებით ან სტრუქტურული ელემენტების ნასესხებით, რაც უზრუნველყოფს ბალანსს დნმ-ში ინფორმაციის სტაბილურობასა და მის ევოლუციურ ცვალებადობას შორის. დნმ-ის რეპროდუქციის სიზუსტეს და მასში ჩადებული ინფორმაციის გადაცემას უზრუნველყოფს ორი მატრიცული პროცესი - დნმ-ის რეპლიკაცია და ტრანსკრიფცია. მიუხედავად იმისა, რომ დნმ პოლიმერაზას აქვს მაკორექტირებელი აქტივობა, რეპლიკაცია არ არის სრულიად ზუსტი და თუ მოხდა შეუსაბამობები, ბაზის კორექტირების სისტემები ასწორებენ შეცდომას.

თუ დნმ-ში ჩნდება ერთჯერადი და ორჯაჭვიანი რღვევები, მაშინ მოქმედებს ჰომოლოგიური რეკომბინაცია, რომელიც დის გაცვლის გამო ზუსტად აღადგენს დნმ-ის მთლიანობას. თუმცა, რეკომბინაცია არის "მძიმე არტილერია" და შექმნილია ძირითადად ცვალებადობისთვის. როდესაც დნმ შედის უჯრედში, რომელიც მხოლოდ ნაწილობრივ ჰომოლოგიურია უჯრედის დნმ-სთან, ის სავარაუდოდ ინტეგრირდება გენომში ჰომოლოგიური რეკომბინაციის გამოყენებით. ამ პროცესის სიზუსტეს იცავს გრძელვადიანი ხელახალი შეუსაბამობის კორექტირების სისტემა (LCR), რომელიც აჩერებს რეკომბინაციას, თუ ურთიერთქმედებული დნმ-ის მოლეკულების ჰომოლოგია ზედმეტად არასრულყოფილია. უფრო მეტიც, DKNO გამორიცხავს რეკომბინაციის დაგროვების უმეტესობას ssDNA დონეზე, თუ ისინი არღვევენ ნუკლეოტიდების დაწყვილების კომპლემენტარობას. ამრიგად, DCNO ამცირებს დნმ-ში რეკომბინაციის გაცვლის სიხშირეს. ამრიგად, DKNO სისტემა იცავს გენომის სტაბილურობას და მის სახეობრივ სპეციფიკას. ადამიანებში უჯრედული აღდგენის სისტემების მემკვიდრეობითი დარღვევები იწვევს მძიმე თანდაყოლილ ანომალიებს და/ან კიბოს განვითარების მიდრეკილებას.

სარემონტო სისტემები ერთმანეთისგან განსხვავდება გამოყენებული სუბსტრატებით, ფერმენტებითა და დაზიანებული ბმულების აღმოფხვრის მექანიზმებით. ამ დროისთვის არსებობს 6 ძირითადი სარემონტო სისტემა - რეაქტივაციის სისტემა და დანარჩენი სარემონტო სისტემები, რომლებიც მოქმედებენ დნმ-ის დაზიანებული ნაწილის დეგრადაციისა და რესინთეზით.

დნმ-ის მძიმე დაზიანების შემთხვევაში - ორჯაჭვიანი რღვევების წარმოქმნა, ფართო ერთჯაჭვიანი უფსკრული, ჯაჭვებს შორის ჯვარედინი კავშირები - ფუნქციონირებს რეკომბინაციის აღდგენის სისტემა, რომელშიც დაზიანებული დნმ გამოსწორებულია გენეტიკური სრულ ასლთან რეკომბინაციით. მასალა, თუ ის იმყოფება უჯრედში. ორჯაჭვიანი წყვეტები ასევე შეიძლება ლიგატირდეს არაჰომოლოგური ბოლოების გაერთიანების დროს, რაც, თუმცა, იწვევს გენეტიკური მასალის ზოგიერთი ნაწილის დაკარგვას.

არაკანონიკური ბაზის წყვილები და მოკლე ჰეტეროდუპლექსები დნმ-ში აღიარებულია ჰეტეროდუპლექსის სარემონტო სისტემით, რომელიც შლის დნმ-ის ფრაგმენტს რამდენიმე ასეულამდე დეოქსინუკლეოტიდამდე, რომელიც მოიცავს არაკანონიკურ ელემენტს და ასწორებს მიღებულ უფსკრული.