생물학적 역할과 수리의 생화학적 메커니즘. 재생과 배상의 단계

DNA 합성은 반보존적 메커니즘에 의해 발생합니다. 즉, DNA의 각 가닥이 복사됩니다. 합성은 섹션에서 발생합니다. DNA 복제의 오류를 제거하는 시스템이 있습니다. (광수복, 생식 전 및 생식 후 수리). 배상 절차는 최대 20시간으로 매우 길고 복잡합니다. 효소 - 제한 효소는 DNA의 부적절한 부분을 잘라내어 다시 완성합니다. 수리는 결코 100% 효율성으로 진행되지 않으며, 만약 그렇다면 진화적 가변성은 존재하지 않을 것입니다. 복구 메커니즘은 DNA 분자에 두 개의 상보적인 사슬이 존재하는 것을 기반으로 합니다. 그들 중 하나의 뉴클레오티드 서열의 왜곡은 특정 효소에 의해 감지됩니다. 그런 다음 해당 부위가 제거되고 두 번째 상보적 DNA 가닥에서 합성된 새로운 부위로 대체됩니다. 이 보상은 절제,저것들. 컷아웃으로. 다음 복제 주기 전에 수행되므로 복제 전.하나의 DNA 가닥에서 발생한 변화를 절단 수선 시스템이 교정하지 못하는 경우, 이 변화는 복제 중에 고정되어 두 DNA 가닥 모두의 속성이 됩니다. 이것은 한 쌍의 상보적 뉴클레오티드를 다른 쌍으로 대체하거나 변경된 부위에 대해 새로 합성된 사슬의 파손을 초래합니다. 정상적인 DNA 구조의 복원은 복제 후에도 발생할 수 있습니다. 회신 후 배상새로 형성된 두 개의 DNA 이중 가닥 사이의 재조합에 의해 수행됩니다. 복제 전 및 복제 후 복구 중에 손상된 DNA 구조의 대부분이 복원됩니다. 세포에서 지속적인 수리에도 불구하고 손상 정도가 높으면 DNA 복제 과정이 차단됩니다. 그러한 세포는 분열하지 않습니다.

19. 유전자, 그 속성. 유전자 코드, 그 속성. RNA의 구조와 유형. 가공, 접합. 유전 정보의 실현 과정에서 RNA의 역할.

유전자 - 폴리펩타이드 사슬 또는 거대분자의 구조에 대한 정보를 전달하는 DNA 분자의 한 부분. 한 염색체의 유전자는 선형으로 배열되어 연결 그룹을 형성합니다. 염색체의 DNA는 다른 기능을 수행합니다. 다양한 유전자 서열이 있고, 유전자 발현, 복제 등을 제어하는 ​​유전자 서열이 있습니다. 폴리펩티드 사슬의 구조, 궁극적으로 구조적 단백질에 대한 정보를 포함하는 유전자가 있습니다. 한 유전자 길이의 이러한 뉴클레오티드 서열을 구조 유전자라고 합니다. 구조 유전자가 포함되는 장소, 시간, 기간을 결정하는 유전자는 조절 유전자입니다.

유전자는 수천 개의 염기쌍으로 구성되어 있지만 크기는 작습니다. 유전자의 존재는 유전자의 특성(최종 산물)의 발현에 의해 확립됩니다. 유전 장치의 구조와 그 작업의 일반적인 계획은 1961년 Jacob, Monod에 의해 제안되었습니다. 그들은 구조 유전자 그룹이 있는 DNA 분자의 한 부분이 있다고 제안했습니다. 이 그룹에 인접해 있는 200 bp 사이트, 프로모터(DNA-의존적 RNA 중합효소의 접합 사이트)입니다. 오퍼레이터 유전자는 이 사이트에 인접해 있습니다. 전체 시스템의 이름은 오페론입니다. 조절은 조절 유전자에 의해 수행됩니다. 결과적으로 억제 단백질은 오퍼레이터 유전자와 상호 작용하고 오페론이 작동하기 시작합니다. 기질은 유전자 조절자와 상호 작용하고 오페론이 차단됩니다. 피드백 원칙. 오페론의 표정이 전체적으로 켜져 있습니다.

진핵생물에서 유전자 발현은 연구되지 않았습니다. 그 이유는 심각한 장애물입니다.

염색체 형태의 유전 물질 구성

다세포 유기체에서 세포는 전문화되어 있으므로 일부 유전자가 꺼집니다.

히스톤 단백질이 존재하는 반면, 원핵생물에는 "네이키드" DNA가 있습니다.

DNA는 거대분자로서 핵에서 세포질로 들어가 정보를 전달할 수 없다. mRNA로 인해 단백질 합성이 가능합니다. 진핵 세포에서 전사는 엄청난 속도로 발생합니다. 먼저 pro-i-RNA 또는 pre-i-RNA가 나타납니다. 이것은 진핵생물에서 mRNA가 처리(성숙)의 결과로 형성된다는 사실에 의해 설명됩니다. 유전자는 불연속적인 구조를 가지고 있습니다. 암호화 영역은 엑손이고 비암호화 영역은 인트론입니다. 진핵 생물의 유전자는 엑손-인트론 구조를 가지고 있습니다. 인트론은 엑손보다 길다. 처리 과정에서 인트론은 "잘라져"- 접합됩니다. 성숙한 mRNA가 형성된 후 특수 단백질과 상호 작용한 후 정보를 세포질로 전달하는 정보를 전달하는 시스템으로 전달됩니다. 이제 엑손-인트론 시스템이 잘 연구되었습니다(예: 종양 유전자 - P-53). 때때로 한 유전자의 인트론이 다른 유전자의 엑손인 경우 스플라이싱이 불가능합니다. 가공과 스플라이싱은 서로 멀리 떨어져 있는 구조를 하나의 유전자로 결합할 수 있으므로 진화적으로 매우 중요합니다. 이러한 과정은 분화를 단순화합니다. 단백질은 블록 구조를 가지고 있습니다. 예를 들어, 효소는 DNA 중합효소입니다. 연속적인 폴리펩타이드 사슬입니다. 자체 DNA 중합효소와 엔도뉴클레아제로 구성되어 있어 DNA 분자를 말단에서 절단합니다. 효소는 폴리펩타이드 다리로 연결된 2개의 독립적인 소형 입자를 형성하는 2개의 도메인으로 구성됩니다. 두 효소 유전자 사이의 경계에 인트론이 있습니다. 도메인이 분리된 유전자였을 때 더 가까워졌습니다. 이러한 유전자 구조를 위반하면 유전자 질환이 발생합니다. 인트론 구조의 위반은 표현형으로 감지할 수 없으며, 엑손 서열의 위반은 돌연변이(글로빈 유전자의 돌연변이)로 이어집니다.

세포에 있는 RNA의 10~15%는 전달 RNA입니다. 보완적인 영역이 있습니다. 특별한 삼중항 - 안티코돈, 상보적 뉴클레오티드가 없는 삼중항 - GHC가 있습니다. 리보솜과 mRNA의 2개 소단위의 상호작용은 개시로 이어진다. pectidyl과 aminoacyl의 2개 부위가 있습니다. 그들은 아미노산에 해당합니다. 폴리펩티드의 합성은 단계적으로 발생합니다. 신장 - 폴리펩티드 사슬을 만드는 과정은 의미 없는 코돈에 도달할 때까지 계속된 다음 종료가 발생합니다. 폴리펩티드의 합성이 끝나면 ER 채널로 들어갑니다. 하위 단위가 분리됩니다. 다른 양의 단백질이 세포에서 합성됩니다.

강의개요 1. DNA 손상의 유형 1. DNA 손상의 유형 2. DNA 복구, 유형 및 메커니즘: 2. DNA 복구, 유형 및 메커니즘: 직접 직접 절제 절제 Postreplicative Postreplicative SOS 복구 SOS 복구 3. 복구 및 유전 질환 3. 수리 및 유전 질환

원래의 고유한 DNA 구조를 복원하는 과정을 DNA 복구 또는 유전자 복구라고 하며 이에 관련된 시스템을 복구 시스템이라고 합니다. 원래의 고유한 DNA 구조를 복원하는 과정을 DNA 복구 또는 유전자 복구라고 하며 이에 관련된 시스템을 복구 시스템이라고 합니다. 현재, 유전자 복구의 몇 가지 메커니즘이 알려져 있습니다. 그들 중 일부는 DNA 손상 직후에 더 간단하고 "스위치를 켜고", 다른 일부는 많은 수의 효소 유도가 필요하며 시간이 지남에 따라 작용이 확장됩니다. 현재, 유전자 복구의 몇 가지 메커니즘이 알려져 있습니다. 그들 중 일부는 DNA 손상 직후에 더 간단하고 "스위치를 켜고", 다른 일부는 많은 수의 효소 유도가 필요하며 시간이 지남에 따라 작용이 확장됩니다.

분자 메커니즘의 관점에서 DNA 분자의 1차 손상은 세 가지 방법으로 제거될 수 있습니다. 분자 메커니즘의 관점에서 DNA 분자의 1차 손상은 세 가지 방법으로 제거될 수 있습니다. 1. 원래 상태로 직접 복귀; 1. 원래 상태로 직접 복귀; 2. 손상된 부분을 잘라내어 정상적인 부분으로 교체합니다. 2. 손상된 부분을 잘라내어 정상적인 부분으로 교체합니다. 3. 손상된 영역을 우회하는 재조합 복구. 3. 손상된 영역을 우회하는 재조합 복구.

자발적인 DNA 손상 복제 오류(비상보적 염기쌍의 출현) 복제 오류(비상보적 염기쌍의 출현) 아퓨린화(뉴클레오타이드로부터 질소성 염기의 절단) 아퓨린화(뉴클레오타이드로부터 질소성 염기의 절단) 탈아미노화(염기의 절단) 아미노기) 탈아미노화(아미노기 절단)

유도된 DNA 손상 이량체화(인접한 피리미딘 염기의 가교결합으로 이량체 형성) 이량체화(인접한 피리미딘 염기를 연결하여 이량체를 형성) DNA 절단: 단일 및 이중 가닥 DNA 절단: 단일 및 이중 가닥 DNA 가닥 간의 가교 DNA 가닥 간의 가교

DIRECT DNA REPAIR 이 유형의 수리는 원래의 DNA 구조를 직접 복원하거나 손상을 제거합니다. 이러한 유형의 수리는 원래의 DNA 구조를 직접 복원하거나 손상을 제거합니다. 이러한 종류의 광범위한 복구 시스템은 피리미딘 이량체의 광활성화입니다. 이러한 종류의 광범위한 복구 시스템은 피리미딘 이량체의 광활성화입니다. 이것은 활성화 인자가 화학 에너지가 아니라 가시광선의 에너지인 유일한 알려진 효소 반응입니다. 이것은 활성화 인자가 화학 에너지가 아니라 가시광선의 에너지인 유일한 알려진 효소 반응입니다. 이것은 이량체를 분리하는 효소 광분해효소를 활성화합니다. 이것은 이량체를 분리하는 효소 광분해효소를 활성화합니다.

광복구 도식적으로 광 수리는 다음과 같습니다. 1. 정상 DNA 분자 UV 광선 조사 2. 돌연변이 DNA 분자 - 피리미딘 이량체 형성. 가시광선의 작용 3. 광분해효소의 합성 4. 피리미딘 염기의 이량체 절단 5. 정상적인 DNA 구조의 회복

5'-3'-중합효소 활성 외에도 대부분의 중합효소에는 3'-5'-엑소뉴클레아제 활성이 있어 가능한 오류를 수정하는 것으로 확인되었습니다. 5'-3'-중합효소 활성 외에도 대부분의 중합효소에는 3'-5'-엑소뉴클레아제 활성이 있어 가능한 오류를 수정하는 것으로 확인되었습니다. 이 수정은 두 단계로 수행됩니다. 먼저 각 뉴클레오티드가 성장하는 사슬에 포함되기 전에 주형에 대한 준수 여부를 확인하고 다음 뉴클레오티드가 사슬에 포함되기 전에 확인합니다. 이 수정은 두 단계로 수행됩니다. 먼저 각 뉴클레오티드가 성장하는 사슬에 포함되기 전에 주형에 대한 준수 여부를 확인하고 다음 뉴클레오티드가 사슬에 포함되기 전에 확인합니다. DNA 중합효소의 엑소뉴클레아제 활성으로 인한 DNA 복구

잘못된 뉴클레오티드가 삽입되면 이중 나선이 변형됩니다. 이를 통해 DNA-P는 대부분의 경우 성장하는 사슬의 결함을 인식할 수 있습니다. 잘못 삽입된 뉴클레오티드가 상보적 염기와 수소 결합을 형성할 수 없는 경우 DNA-II는 올바른 뉴클레오티드가 그 자리를 차지할 때까지 복제 과정을 중단합니다. 진핵생물에서 DNA-P는 3-5개의 엑소뉴클레아제 활성을 갖지 않습니다. 잘못된 뉴클레오티드가 삽입되면 이중 나선이 변형됩니다. 이를 통해 DNA-P는 대부분의 경우 성장하는 사슬의 결함을 인식할 수 있습니다. 잘못 삽입된 뉴클레오티드가 상보적 염기와 수소 결합을 형성할 수 없는 경우 DNA-II는 올바른 뉴클레오티드가 그 자리를 차지할 때까지 복제 과정을 중단합니다. 진핵생물에서 DNA-P는 3-5개의 엑소뉴클레아제 활성을 갖지 않습니다.

알킬화 손상 복구 알킬 또는 메틸 그룹의 추가로 인한 유전적 손상은 특정 효소에 의해 이러한 그룹을 제거하여 복구할 수 있습니다. 특정 효소 O 6 메틸구아닌 전이효소는 DNA에서 O 6 메틸구아닌을 인식하고 메틸기를 제거하고 염기를 원래 형태로 되돌린다. 알킬 또는 메틸 그룹의 추가로 인한 유전적 손상은 특정 효소에 의해 이러한 그룹을 제거하여 복구할 수 있습니다. 특정 효소 O 6 메틸구아닌 전이효소는 DNA에서 O 6 메틸구아닌을 인식하고 메틸기를 제거하고 염기를 원래 형태로 되돌린다.

폴리뉴클레오티드 리가제의 작용 예를 들어, 단일 가닥 DNA 파손은 이온화 방사선의 영향으로 발생할 수 있습니다. 폴리뉴클레오타이드 리가아제 효소는 DNA의 끊어진 말단을 다시 연결합니다. 예를 들어, 전리 방사선의 영향으로 DNA의 단일 가닥 파손이 발생할 수 있습니다. 폴리뉴클레오타이드 리가아제 효소는 DNA의 끊어진 말단을 다시 연결합니다.

절단 수선의 단계 1. 엔도뉴클레아제에 의한 DNA 손상의 인식 1. 엔도뉴클레아제에 의한 DNA 손상의 인식 2. 손상의 양쪽에 있는 효소에 의한 DNA 가닥의 절개(절단) 2. 엔도뉴클레아제에 의한 DNA 가닥의 절개(노칭) 손상의 양쪽에 있는 효소 3. helicase에 의한 절단(절단 및 제거) 손상 3. helicase에 의한 손상의 절제(절단 및 제거) 4. 재합성: DNA-P가 틈을 채우고 ligase가 DNA 말단을 결합 4. 재합성 : DNA-P가 간극을 채우고 ligase가 DNA 끝을 연결합니다.

불일치 복구 DNA 복제 중 상보적 쌍 A-T, G-C 대신 비-상보적 쌍이 형성되면 짝짓기 오류가 발생합니다. 불일치는 자식 가닥에만 영향을 줍니다. 불일치 복구 시스템은 딸 가닥을 찾아 비-상보적 뉴클레오티드를 대체해야 합니다. DNA 복제 동안 상보적 쌍 A-T, G-C 대신 비-상보적 쌍이 형성되면 짝짓기 오류가 발생합니다. 불일치는 자식 가닥에만 영향을 줍니다. 불일치 복구 시스템은 딸 가닥을 찾아 비-상보적 뉴클레오티드를 대체해야 합니다.

불일치 복구 부모 가닥과 자식 가닥을 구별하는 방법은 무엇입니까? 자식 체인과 부모 체인을 구별하는 방법은 무엇입니까? 특수한 메틸라제 효소가 모 사슬의 GATC 서열에 있는 아데닌에 메틸기를 붙이고 메틸화되지 않은 딸과 대조적으로 메틸화되는 것으로 밝혀졌습니다. E. coli에서 4가지 유전자의 산물은 불일치 복구에 반응합니다: mut S, mut L, mut H, mut U 메틸화되지 않은 어린이와 달리 메틸화됩니다. 대장균에서 4개 유전자의 산물은 불일치 복구에 해당합니다: mut S, mut L, mut H, mut U.

복제 후 DNA 복구 복제 후 DNA 복구는 손상이 복제 단계까지 남아 있거나(너무 많은 손상 또는 복제 직전에 발생한 손상) 또는 절단 복구로 복구할 수 없는 성질(예: , DNA 가닥의 가교). 이 시스템은 진핵생물에서 특히 중요한 역할을 하여 손상된 기질에서도 복사할 수 있는 능력을 제공합니다(오류 수가 증가하긴 하지만). 이러한 유형의 DNA 복구의 종류 중 하나는 재조합 복구입니다.

SOS 수리 1974년 M. Radman이 발견했습니다. 그는 국제 조난 신호를 포함하여 이름을 부여했습니다. DNA에 손상이 너무 많아 세포의 생명을 위협할 때 켜집니다. 단백질 합성이 유도되어 DNA-II 복합체에 부착되어 결함이 있는 주형과 반대되는 딸 DNA 사슬을 만듭니다. 결과적으로 DNA 오류가 두 배가되고 세포 분열이 발생할 수 있습니다. 그러나 중요한 기능이 영향을 받으면 세포가 죽습니다. 1974년 M. Radman에 의해 발견되었습니다. 그는 국제 조난 신호를 포함하여 이름을 부여했습니다. DNA에 손상이 너무 많아 세포의 생명을 위협할 때 켜집니다. 단백질 합성이 유도되어 DNA-II 복합체에 부착되어 결함이 있는 주형과 반대되는 딸 DNA 사슬을 만듭니다. 결과적으로 DNA 오류가 두 배가되고 세포 분열이 발생할 수 있습니다. 그러나 중요한 기능이 영향을 받으면 세포가 죽습니다.

DNA 복구 및 인간 유전 질환 인간 복구 시스템의 위반은 다음의 원인입니다. 조기 노화 종양학적 질환(전체 암의 80-90%) 자가면역 질환(류마티스 관절염, SLE, 알츠하이머병)

손상된 수복과 관련된 질병 색소성 건피증 색소성 건피증 운동실조증-모세관 확장증 또는 루이스-바 증후군 블룸 증후군 블룸 증후군 선모충 이영양증 (TTD) 선모충 이영양증 (TTD) 코카인 증후군 코케인 증후군 소아 빈혈 (Fanconi's anemia) 빈혈 Hutchinson-Gilford) 소아의 Progeria(Hutchinson-Gilford 증후군) 성인의 Progeria(Werner's 증후군) 성인의 Progeria(Werner's 증후군)

운동실조-모세혈관확장증 또는 루이스-바 증후군: A-P, 소뇌 운동실조, 운동 조정 장애, 모세혈관 확장증 - 국소적으로 작은 혈관의 과도한 확장, 면역 결핍, 암 소인. 블룸 증후군: A-P, 자외선에 대한 고감도, 과다 색소 침착, 나비 형태의 얼굴 발적.

Trichothiodystrophy: A-P, 유모 세포의 유황 부족, 취성, 호랑이 꼬리와 유사한, 피부 기형, 치아, 성 발달 결함. 코카인 증후군: A-P, 성장 호르몬이 정상인 왜소증, 난청, 시신경 위축, 노화 촉진, 햇빛에 민감합니다. 판코니 빈혈: 혈액의 모든 세포 요소 수의 감소, 골격 장애, 소두증, 난청. 그 이유는 피리미딘 이량체의 절단을 위반하고 가닥 간 DNA 가교의 수리를 위반하기 때문입니다.

문헌: 1. 유전학. 에드. 이바노바 V.I. M., 지물레프 I.F. 일반 및 분자 유전학. 노보시비르스크, Muminov T.A., Kuandykov E.U. 분자생물학의 기초(강의 과정). 알마티, Mushkambarov N.N., Kuznetsov S.L. 분자 생물학. 엠., 2003.

DNA 복제를 수행하는 효소 작업의 높은 정확도와 교정 메커니즘의 존재에도 불구하고 구성에 비 상보적 뉴클레오티드를 포함하는 것과 관련된 새로운 DNA 가닥을 합성하는 동안 오류가 여전히 발생합니다. 또한 세포의 DNA 분자는 구조를 파괴하는 다양한 물리적 및 화학적 요인에 노출됩니다. 가장 일반적인 DNA 손상은 다음과 같습니다.

퓨린과 데옥시리보스 사이의 (b-N)-글리코시드 결합의 파손(탈퓨린화)은 대부분 온도 상승의 결과입니다. 하루에 인간 세포에서 5,000~10,000번의 행위가 수행됩니다. 정화;

각각 우라실 및 하이포잔틴 잔기의 형성과 함께 시토신 및 아데닌 잔기의 자발적인 탈아미노화(매일 게놈당 약 100회);

특별한 종류의 화학 물질의 작용하에 질소 염기의 알킬화 ( 알킬화제);

- 윤달(임베딩) 뉴클레오티드의 인접한 쌍 사이에 일부 화합물;

이중 작용제의 작용하에 DNA 사슬 사이의 공유 가교 형성;

사슬에서 인접한 피리미딘 사이의 자외선(UV) 흡수로 인해 사이클로부탄 이량체가 형성됩니다(그림 2.2).

이러한 손상의 대부분은 유전자 복제 및 발현 과정을 방해합니다. 예를 들어 E. coli DNA의 각 티민 이합체는 복제를 10초 지연시킵니다. 또한 이러한 손상은 DNA 복제가 시작되기 전에 복구되지 않으면 돌연변이의 원인이 됩니다.

대부분의 경우 이러한 위반은 DNA 가닥 중 하나에서만 발생하지만 대부분의 경우 손상 반대편의 두 번째 가닥에는 오류 수정을 위한 매트릭스 역할을 할 수 있는 "정확한" 서열이 포함됩니다. 따라서 DNA 이중 나선과 수리 효소의 구조에 대한 정보를 암호화한다는 사실은 고유한 오류 수정 메커니즘을 가능하게 합니다.

다양한 유기체에 존재하는 많은 복구 시스템과 메커니즘이 있으며, 그 중 한 종류의 손상을 복구하는 데에만 특정한 것이 있고 덜 구체적인 것도 있습니다. 편의상 현재 알려진 모든 복구 프로세스는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 1) 복제 참여가 필요하지 않고 DNA 손상의 직접적인 수정을 나타내는 프로세스; 2) 복구 복제가 발생하는 더 복잡한 프로세스. 가장 잘 연구된 수리 메커니즘은 UV 복사 - pyrimidine 이합체로 인한 손상의 수리와 관련이 있습니다(그림 2.2).

UV 빛에 의존하는 효소는 UV 조사의 결과를 복구하는 가장 잘 알려진 과정에 관여하기 때문에 복구 메커니즘은 또한 빛(가시광선에서만 수행할 수 있음)과 어둠(참여가 필요하지 않음)으로 나뉩니다. 가시광선) 수리.

손상의 직접적인 복구를 위한 복구 메커니즘에는 구아닌 잔기의 탈알킬화 및 이웃하는 피리미딘 염기 사이의 사이클로부탄 이량체의 단량체화가 포함됩니다. 메틸구아닌 잔기의 탈알킬화는 암수복을 의미하며 박테리아 세포 및 영양에 존재하는 효소의 참여로 발생합니다. O 6 -methylguanine-DNA-alkyl-transferase는 효소의 시스테인 잔기의 sulfhydryl 기로의 알킬 그룹의 전이를 촉매합니다 (그림 2.3).

이 과정에서 피리미딘 뉴클레오티드 사이의 이량체 절단이 발생합니다. 광활성화- 이후에 가시광선에 노출된 결과로 UV 방사선에 의해 손상된 DNA 분자의 구조 복원(광 수리). 알려진 비효소적 단파 광활성화는 240nm 파장의 자외선 작용 하에 이량체의 단량체화와 효소적 광활성화로 구성됩니다. 후자는 일반적으로 광활성화 자체로 이해됩니다. 이 과정은 300-600 nm의 파장을 가진 가시광선의 참여를 필요로 하며 특정 광재활성화 효소(deoxyribopyrimidine photolyase)의 작용하에 수행됩니다. 피리미딘 염기의 이량체는 광분해효소의 기질 역할을 하여 복합체를 형성합니다(효소는 온전한 DNA에 결합하지 않음). 흡수된 빛의 에너지를 사용하여 효소는 DNA 사슬을 끊지 않고 이합체를 파괴합니다(그림 2.4).

광활성화 현상은 자연계에 널리 퍼져 있으며 마이코플라즈마와 같은 원시 미생물에서도 발견되었습니다. 광재활성화 효소는 일부 고등 식물과 동물, 그리고 연구된 모든 박테리아에서 발견되었습니다. 단, 데이노코커스 라디오두란스는 예외적으로 자외선에 매우 강합니다. 이 박테리아는 대장균을 죽이는 것보다 1000배 더 많은 양을 견딥니다. . 광재활성화 능력이 전혀 없는 상황에서 D. radiodurans는 강력한 절제 복구 시스템을 갖추고 있습니다.

왜곡된 영역의 교체와 관련된 복구 이벤트는 가시광선의 참여를 필요로 하지 않으며, 다른 효소 외에도 엑소 및 엔도뉴클레아제의 두 가지 유형의 뉴클레아제가 중요한 역할을 합니다. 엑소뉴클레아제는 가닥 끝에서 시작하여 DNA를 절단하는 반면, 엔도뉴클레아제는 내부 부분의 가닥을 공격하여 DNA에 단일 가닥 파손을 형성합니다. 복구 DNA 합성과 관련된 다양한 유형의 복구 중에서 두 가지 주요 복구 유형을 구별할 수 있습니다. 절제그리고 복제 후배상.

절제 수리.절단 수리의 독특한 특징은 손상된 DNA 영역을 제거하는 것입니다. 이러한 유형의 복구는 광활성화만큼 DNA 손상과 관련하여 특이적이지 않으며 피리미딘 이량체뿐만 아니라 DNA 구조의 다른 많은 변화를 복구하는 데 사용할 수 있습니다. 절제 수리(그림 2.5, A)는 다단계 프로세스이며 다음 이벤트를 포함합니다.

1) 다음 단계도 수행하는 특정 엔도뉴클레아제에 의해 수행되는 DNA 손상의 인식;

2) 손상 부위 근처의 한 가닥의 DNA를 절개 - 절개(엔도뉴클레아제에 의해 구현됨);

3) 손상과 함께 뉴클레오티드 그룹의 제거 - 절단(엑소뉴클레아제 수행);

4) DNA 재합성 - 결과 간격 채우기(DNA 중합효소 활성);

5) 분자의 당-인산염 백본의 공유 결합 형성으로 인해 복구된 사슬의 연속성 회복.

절단 복구의 메커니즘은 UV 조사된 E. coli DNA에서 피리미딘 이량체의 암 제거의 예를 사용하여 가장 잘 연구됩니다. E. coli 세포에서 uvrA-D 유전자는 이 과정(DNA 사슬의 한 부분을 이합체로 절단하는 효소의 구조를 암호화)과 polA(DNA 중합효소 I의 구조를 결정하는 복구 DNA 합성을 수행). 이 절제 수리 방법의 특징은 티민 이합체의 양쪽에 단일 가닥 절단이 형성된다는 것입니다.

일부 유기체는 특별한 효소인 N-글리코실라아제의 참여를 포함하는 또 다른 유형의 절제 복구인 티민 이량체의 형성과 관련된 것들을 포함하여 손상 복구에 사용합니다. 이 경우 첫 번째 복구 이벤트는 손상된 염기(예: 이량체의 티민 중 하나, N-알킬화 퓨린 등)와 데옥시리보스 사이의 글리코시드 결합이 절단되는 것입니다. 따라서 현지에서 아푸린화, 또는 아피리미드화; AP 부위 근처의 포스포디에스테르 결합을 절단하는 AP 특이적 엔도뉴클레아제에 의해 인식되는 소위 AP 부위가 발생합니다. 그런 다음 기존의 수복 합성을 사용하여 간격을 채웁니다.

다양한 N-글리코실라제가 박테리아 및 진핵 세포에서 발견되었습니다. 예를 들어, 우라실-DNA 글리코실라제는 dG/dC 쌍에서 데옥시시토신 잔기의 자발적인 탈아미노화로 인한 불일치 dG/dU 쌍을 인식합니다. 시토신의 탈아미노화는 복제 동안 돌연변이 뉴클레오티드 쌍 dA/dT의 형성으로 이어질 수 있습니다. 우라실은 수소 결합 측면에서 티민과 유사하게 행동하기 때문입니다. 이 유형의 또 다른 널리 분포된 효소는 피리미딘 이량체-N-글리코실라제이며, 이는 피리미딘 이량체 형성과 관련된 손상 복구에서 아피리미딘 부위를 생성합니다.

탈퓨린화 또는 탈피리미딘화가 발생한 부위는 AP(아푸린산 및 아피리미딘산) 엔도뉴클레아제 효소에 의해 절단됩니다. 진핵 세포와 진핵 세포에는 다양한 AP 엔도뉴클레아제가 있습니다. 그들 중 일부는 AP 사이트의 3'면에서 사슬을 자르고 다른 일부는 5'면에서 디에스테르 결합을 절단합니다. 두 경우 모두 3'-히드록실 및 5'-포스포릴 말단이 형성됩니다. 이것은 엑소뉴클레아제가 부상과 함께 절개의 양쪽에 있는 인접한 파편을 제거할 수 있도록 합니다.

다양한 종류의 절제 수리가 포유류를 포함한 진핵생물 및 진핵생물에 널리 퍼져 있습니다. 절제 수리 과정을 위반하면 극적인 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 인간의 경우 유전병이 알려져 있습니다. 색소성 건조증, 주요 증상은 햇빛에 대한 민감도가 증가하여 피부암이 발생합니다. 이 환자들은 절제 수리에 다양한 결함이 있는 것으로 밝혀졌습니다.

복제 후 복구. 이러한 유형의 복구는 재조합 이벤트(rec 유전자)에도 관여하고 rec 돌연변이의 세포에서는 수행되지 않는 유전자 산물의 참여를 필요로 하므로 재조합 복구라고도 합니다. Recombinant post-replicative repair는 손상된 DNA의 복제 및 재조합 과정을 기반으로 하며, 손상 인식 단계가 없기 때문에 고려되는 모든 복구 유형 중에서 가장 특이성이 낮습니다. 이것은 상당히 빠른 복구 방법입니다. 토종의딸(새로 합성된) 가닥의 DNA 구조: 방사선 조사 후 첫 몇 분 안에 복구가 이미 발생하는 것으로 나타났습니다. 이 과정의 특징은 원래(모체) 사슬의 손상을 보존하는 것입니다(그림 2.5, B).

단식과 함께 몇 시간이 필요한 느린 복제 후 복구도 있습니다. 이것은 조사되지 않은 세포에는 없고 조사에 의해 유도되는 효소 시스템에 의해 생성됩니다. 이 메커니즘을 SOS 배상이라고 합니다. 놀라운 차이점은 DNA가 이미 손상되었다는 사실에도 불구하고 돌연변이 빈도가 크게 증가했다는 것입니다. 이것은 손상된 DNA 가닥을 주형으로 사용하기 때문일 수 있습니다.

복제 후 복구는 박테리아뿐만 아니라 포유류를 포함한 진핵 세포에도 존재합니다.

복구는 다양한 DNA 손상에 맞서 싸우는 살아있는 세포의 속성입니다. 주변 세계에는 살아있는 유기체에 돌이킬 수없는 변화를 일으킬 수있는 많은 요인이 있습니다. 무결성을 유지하고 병리학 적 및 생명에 양립 할 수없는 돌연변이를 피하기 위해 자체 복구 시스템이 있어야합니다. 세포의 유전 물질의 무결성이 어떻게 침해됩니까? 이 질문을 더 자세히 고려해 보겠습니다. 우리는 또한 신체의 회복 메커니즘이 무엇이며 어떻게 작동하는지 알아낼 것입니다.

DNA 위반

deoxyribonucleic acid 분자는 생합성 과정과 유해 물질의 영향으로 파괴 될 수 있습니다. 특히 부정적인 요인에는 다양한 기원의 온도 또는 물리적 힘이 포함됩니다. 파괴가 발생한 경우 셀은 복구 프로세스를 시작합니다. 이것은 원래 구조의 복원이 시작되는 방법입니다.세포 내부에 존재하는 특수 효소 복합체가 복구를 담당합니다. 일부 질병은 개별 세포가 복구할 수 없는 것과 관련이 있습니다. 배상 과정을 연구하는 과학은 생물학입니다. 분야의 틀 내에서 많은 실험과 실험이 수행되어 복구 프로세스를 더 쉽게 이해할 수 있습니다. DNA 복구의 메커니즘은 이 현상의 발견 및 연구의 역사와 마찬가지로 매우 흥미롭다는 점에 유의해야 합니다. 회복의 시작에 기여하는 요인은 무엇입니까? 이 과정이 시작되기 위해서는 DNA가 조직 복구 자극제의 영향을 받는 것이 필요합니다. 그것이 무엇인지, 우리는 아래에서 더 자세히 말할 것입니다.

발견 이력

이 놀라운 현상은 미국 과학자 Kellner를 연구하기 시작했습니다. 수리 연구로가는 길에 첫 번째 중요한 발견은 광 활성화와 같은 현상이었습니다. 이 용어로 Kellner는 가시 스펙트럼의 밝은 방사선으로 손상된 세포를 후속 처리하는 동안 자외선으로 인한 피해를 줄이는 효과를 불렀습니다.

"빛 회복"

그 후 Kellner의 연구는 미국 생물학자인 Setlow, Rupert 등의 연구에서 논리적으로 이어졌습니다. 이 과학자 그룹의 작업 덕분에 광반응이 티민 이량체의 분해를 촉매하는 효소인 특수 물질에 의해 유발되는 과정이라는 것이 확실하게 확립되었습니다. 밝혀진 바와 같이 자외선의 영향으로 실험 과정에서 형성된 사람들이었습니다. 동시에 밝은 가시광선은 효소의 작용을 촉발하여 이량체의 분해와 손상된 조직의 원래 상태 회복에 기여했습니다. 이 경우 DNA 복구의 가벼운 버전에 대해 이야기하고 있습니다. 이것을 더 명확하게 정의합시다. 빛 복구는 빛의 영향으로 손상된 DNA의 원래 구조를 복원하는 것이라고 말할 수 있습니다. 그러나이 프로세스가 손상 제거에 기여하는 유일한 프로세스는 아닙니다.

"어두운" 회복

빛을 발견하고 얼마 후 어두운 수리가 발견되었습니다. 이 현상은 가시 스펙트럼의 광선에 노출되지 않고 발생합니다. 이러한 회복 능력은 자외선에 대한 일부 박테리아의 민감성을 연구하는 동안 발견되었으며 Dark DNA 복구는 세포가 데옥시리보핵산의 병원성 변화를 제거하는 능력입니다. 그러나 이것은 광 감소와 달리 더 이상 광화학 과정이 아니라고 말해야합니다.

다크 데미지 수리 메커니즘

박테리아에 대한 관찰은 단세포 유기체가 자외선의 일부를 받은 후 얼마 후 DNA의 일부 섹션이 손상된 결과 세포가 특정 방식으로 내부 과정을 조절한다는 것을 보여주었습니다. 결과적으로 변경된 DNA 조각은 공통 사슬에서 단순히 절단됩니다. 결과 간격은 아미노산에서 필요한 물질로 다시 채워집니다. 즉, DNA 섹션의 재합성이 수행됩니다. 어두운 조직 복구와 같은 현상에 대한 과학자들의 발견은 동물과 인체의 놀라운 보호 능력 연구의 또 다른 단계입니다.

보상 시스템 작동 방식

복원 메커니즘과이 능력의 존재 자체를 밝힐 수있는 실험은 단세포 유기체의 도움으로 수행되었습니다. 그러나 복구 과정은 동물과 인간의 살아있는 세포에 내재되어 있습니다. 어떤 사람들은 이 질병을 앓고 있습니다. 이 질병은 손상된 DNA를 재합성하는 세포의 능력 부족으로 인해 발생합니다. 건피증은 유전됩니다. 보상 시스템은 무엇으로 구성되어 있습니까? 복구 과정을 지원하는 네 가지 효소는 DNA 헬리카제, -엑소뉴클레아제, -중합효소 및 -리가아제입니다. 이들 화합물 중 첫 번째는 디옥시리보핵산 분자 사슬의 손상을 인식할 수 있습니다. 인식할 뿐만 아니라 사슬을 올바른 위치에서 절단하여 분자의 변경된 부분을 제거합니다. 제거 자체는 DNA 엑소뉴클레아제의 도움으로 수행됩니다. 다음으로, 손상된 부분을 완전히 대체하기 위해 아미노산으로부터 데옥시리보핵산 분자의 새로운 부분을 합성합니다. 음, 이 가장 복잡한 생물학적 절차의 마지막 코드는 효소 DNA 리가제를 사용하여 수행됩니다. 손상된 분자에 합성 부위를 부착하는 역할을 합니다. 네 가지 효소가 모두 제 기능을 다한 후에는 DNA 분자가 완전히 재생되고 모든 손상은 과거의 일이 됩니다. 이것이 살아있는 세포 내부의 메커니즘이 조화롭게 작동하는 방식입니다.

분류

현재 과학자들은 다음과 같은 유형의 배상 시스템을 구별합니다. 다양한 요인에 따라 활성화됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

1. 재활성화.
2. 재조합 회복.
3. 헤테로듀플렉스의 수리.
4. 절제 수리.
5. DNA 분자의 비 상동 말단의 재결합.

모든 단세포 유기체에는 적어도 3개의 효소 시스템이 있습니다. 그들 각각은 복구 프로세스를 수행할 수 있습니다. 이러한 시스템에는 직접, 절제 및 복제 후가 포함됩니다. 원핵생물은 이 세 가지 유형의 DNA 복구를 가지고 있습니다. 진핵생물의 경우에는 Miss-mathe 및 Sos-repair라고 하는 추가 메커니즘을 마음대로 사용할 수 있습니다. 생물학은 세포의 유전 물질에 대한 이러한 모든 유형의 자가 치유를 자세히 연구했습니다.

추가 메커니즘의 구조

직접 수리는 DNA의 병리학 적 변화를 제거하는 가장 복잡한 방법입니다. 그것은 특별한 효소에 의해 수행됩니다. 덕분에 DNA 분자 구조의 복원이 매우 빠르게 발생합니다. 일반적으로 프로세스는 한 단계로 진행됩니다. 위에서 설명한 효소 중 하나는 O6-메틸구아닌-DNA 메틸트랜스퍼라제입니다. 절단 복구 시스템은 변형된 아미노산을 절제한 다음 새로 합성된 영역으로 대체하는 일종의 자가 치유 데옥시리보핵산입니다. 이 프로세스는 이미 여러 단계에서 수행되고 있습니다. 복제 후 DNA 복구 과정에서 한 가닥 크기의 간격이 이 분자의 구조에 형성될 수 있습니다. 그런 다음 RecA 단백질의 참여로 닫힙니다. 복제 후 복구 시스템은 그 과정에서 병원성 변화를 인식하는 단계가 없다는 점에서 독특합니다.

복구 메커니즘을 담당하는 사람

지금까지 과학자들은 E. coli와 같은 단순한 생물이 수리에 직접적으로 책임이 있는 유전자를 적어도 50개 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 각 유전자는 특정 기능을 수행합니다. 여기에는 인식, 제거, 합성, 부착, 자외선 노출 효과 식별 등이 포함됩니다. 불행하게도, 세포의 복구 과정을 담당하는 유전자를 포함한 모든 유전자는 돌연변이 변화를 겪습니다. 이런 일이 발생하면 신체의 모든 세포에서 더 빈번한 돌연변이를 유발합니다.

DNA 손상이 위험한 이유는 무엇입니까?

매일 우리 세포의 DNA는 손상과 병적 변화의 위험에 노출되어 있습니다. 이것은 식품 첨가물, 화학 물질, 온도 변화, 자기장, 신체의 특정 과정을 유발하는 수많은 스트레스 등과 같은 환경 요인에 의해 촉진됩니다. DNA 구조가 깨지면 세포에 심각한 돌연변이를 일으켜 향후 암으로 발전할 수 있다. 그렇기 때문에 신체에는 그러한 손상을 처리하도록 설계된 일련의 조치가 있습니다. 효소가 DNA를 원래 형태로 되돌리는 데 실패하더라도 복구 시스템은 손상을 최소화하도록 작동합니다.

상동 재조합

그것이 무엇인지 알아 봅시다. 재조합은 디옥시리보핵산 분자를 분해하고 결합하는 과정에서 유전 물질의 교환입니다. DNA에서 파손이 발생하면 상동 재조합 과정이 시작됩니다. 그 과정에서 두 분자의 단편 교환이 수행됩니다. 이로 인해 디옥시리보핵산의 원래 구조가 정확하게 복원됩니다. 어떤 경우에는 DNA 침윤이 발생할 수 있습니다. 재결합 프로세스 덕분에 이 두 가지 다른 요소의 통합이 가능합니다.

신체의 회복과 건강의 메커니즘

배상은 신체의 정상적인 기능을 위한 전제 조건입니다. DNA 손상과 돌연변이로 매일, 매시간 위협받는 다세포 구조는 적응하고 생존합니다. 이것은 또한 잘 구축된 보상 시스템 때문입니다. 정상적인 재생 능력의 부족은 질병, 돌연변이 및 기타 이상을 유발합니다. 여기에는 다양한 발달 병리학, 종양학, 심지어 노화 자체가 포함됩니다. 수리 위반으로 인한 유전 질환은 심각한 악성 종양 및 기타 신체 기형으로 이어질 수 있습니다. 이제 DNA 복구 시스템의 실패로 인한 일부 질병이 확인되었습니다. 예를 들어 피부 건조증, 비용종증 결장암, 선모세포이영양증 및 일부 암 종양과 같은 병리학이 있습니다.

세포에는 DNA에 저장된 정보의 안전성을 모니터링하는 다양한 "수리 팀"이 있습니다. DNA 손상을 복구하는 이러한 세포 시스템을 복구 시스템이라고 합니다.

대장균(Escherichia coli) 박테리아에서 복구 과정을 제어하는 ​​50개 이상의 유전자가 현재 알려져 있습니다. 이 유전자는 예를 들어 DNA 가닥의 손상된 부분을 잘라낼 수 있는 효소를 암호화합니다. DNA 중합효소는 사슬의 이 부위를 표준으로 완성하고, DNA 리가아제는 내장된 섹션의 부위에서 틈을 "봉합"합니다. 자외선 등으로 인한 손상을 복구하는 특수 효소가 있습니다.

복구 시스템의 일부 유전자에서 돌연변이가 발생하면 돌연변이 빈도가 증가합니다. 따라서 신체의 다른 유전자에서 돌연변이의 빈도를 증가시키는 유전자, 돌연변이가 있습니다.

염색체가 배우자로 올바르게 분화되도록 하는 복잡한 세포 메커니즘도 있습니다. 이러한 메커니즘이 실패하면 여분의 염색체가 한 배우자에 들어가고 염색체 부족이 다른 배우자에 발생합니다. 이러한 게놈 돌연변이는 일반적으로 배아 사망, 선천성 기형 또는 유전 질환을 초래합니다.

인체의 각 세포의 DNA 분자는 매일 약 100,000개의 연결 고리가 다양한 내인성 과정과 외인성 유전 독성으로 인해 손상됩니다. DNA 손상은 돌연변이를 일으키거나, 세포 사멸을 유발하거나, 악성 변형을 위한 자극제 역할을 할 수 있습니다. 세포에서 이러한 결과를 방지하기 위해 집합적으로 DNA 복구라고 하는 프로세스를 지원하는 몇 가지 보완적인 효소 시스템이 있습니다. 이 모든 시스템의 주요 목표는 손상되기 전에 존재했던 DNA 서열을 복원하거나 이것이 가능하지 않은 경우 변경을 최소화하는 것입니다. DNA 복구 시스템은 유전 정보의 복제 및 보존의 정확성을 보장합니다. 세포가 DNA에 포함된 정보의 안정성을 유지하기 위해 사용하는 복구 메커니즘은 보편적입니다. 이러한 메커니즘을 구성하는 요소의 기능적, 때로는 구조적 상동성은 박테리아에서 인간까지 추적할 수 있습니다. 세포가 더 복잡할수록 DNA 복구 과정에 관여하는 구조 및 조절 유전자와 그 산물의 수가 더 많아지지만 특정 과정의 기본 계획은 일반적으로 변경되지 않습니다. 복구 메커니즘은 기능적 연결 또는 구조 요소의 차용으로 짜여진 복잡한 네트워크를 형성하여 DNA의 정보 안정성과 진화적 가변성 사이의 균형을 제공합니다. DNA 복제의 정확성과 그 안에 포함된 정보의 전송은 DNA 복제와 전사라는 두 가지 매트릭스 프로세스에 의해 보장됩니다. DNA 중합효소는 교정 활성이 있지만 복제가 완전히 정확하지 않으며 불일치가 발생하면 염기 교정 시스템이 오류를 수정합니다.

단일 가닥 및 이중 가닥 파손이 DNA에 나타나면 상동 재조합이 작동하여 자매 교환으로 인해 DNA의 완전성을 정확하게 복원합니다. 그러나 재결합은 "중포병"이며 주로 가변성을 위해 설계되었습니다. DNA가 세포의 DNA와 부분적으로만 상동인 세포에 들어갈 때 상동 재조합을 사용하여 게놈에 통합될 가능성이 있습니다. 이 프로세스의 정확성은 상호 작용하는 DNA 분자의 상동성이 불필요하게 불완전할 경우 재조합을 중단하는 긴 재지정 가능한 불일치 수정(LCR) 시스템에 의해 보호됩니다. 또한 DKNO는 뉴클레오티드 쌍의 상보성을 방해하는 경우 ssDNA 수준에서 대부분의 재조합 축적을 제거합니다. 따라서 DCNO는 DNA에서 재조합 교환의 빈도를 줄입니다. 따라서 DKNO 시스템은 게놈의 안정성과 그 종 특이성을 방어합니다. 인간의 세포 복구 시스템의 유전적 장애는 심각한 선천적 기형 및/또는 암 발병의 소인을 초래합니다.

수리 시스템은 사용된 기질, 효소 및 손상된 링크를 제거하는 메커니즘이 서로 다릅니다. 현재 6개의 주요 복구 시스템이 있습니다. 재활성화 시스템과 DNA의 손상된 부분을 분해 및 재합성하는 복구 시스템의 나머지 부분입니다.

심각한 DNA 손상의 경우 - 이중 가닥 파손, 광범위한 단일 가닥 간격, 사슬 간의 교차 연결 - 손상된 DNA가 유전자의 전체 사본과의 재조합에 의해 수정되는 재조합 복구 시스템 기능 물질(세포에 존재하는 경우). 이중 가닥 절단은 또한 비상동 말단의 재결합 중에 결찰될 수 있지만, 이로 인해 유전 물질의 일부가 손실됩니다.

DNA의 비표준 염기쌍과 짧은 이종이중체는 비표준 요소를 포함하는 최대 수백 개의 데옥시뉴클레오타이드 길이의 DNA 단편을 제거하고 결과 간격을 복구하는 이종이중체 복구 시스템에 의해 인식됩니다.