Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

14.4A: Ремонт ДНК

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5233

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Більшість помилок при реплікації виправляються ДНК-полімеразою під час реплікації або механізмами відновлення після реплікації.

    Цілі навчання
    • Поясніть, як виправляються помилки під час реплікації

    Ключові моменти

    • Невідповідність ремонтних ферментів розпізнають неправильно включені основи, видаляють їх з ДНК і замінюють їх правильними основами.
    • При репарації висічення нуклеотидів ферменти видаляють неправильні підстави з декількома оточуючими основами, які замінюються правильними основами за допомогою ДНК-полімерази та шаблонної ДНК.
    • Коли помилки реплікації не виправляються, вони можуть призвести до мутацій, що іноді може мати серйозні наслідки.
    • Точкові мутації, одна база замінена на іншу, можуть бути безшумними (без ефекту) або можуть мати наслідки від легкого до важкого.
    • Мутації також можуть включати вставки (додавання основи), делецію (втрату основи) або транслокацію (переміщення ділянки ДНК в нове місце на тій же чи іншій хромосомі).

    Ключові умови

    • ремонт невідповідності: система розпізнавання та відновлення деяких форм пошкодження ДНК та помилкового введення, видалення або неправильної інкорпорації основ, які можуть виникнути під час реплікації та рекомбінації ДНК
    • відновлення висічення нуклеотидів: механізм відновлення ДНК, який виправляє пошкодження, завдані УФ-випромінюванням, включаючи тимінові димери та 6,4 фотопродукти, що викликають громіздкі спотворення в ДНК

    Помилки під час реплікації

    Реплікація ДНК є високоточним процесом, але іноді можуть траплятися помилки, коли ДНК-полімераза вставляє неправильну основу. Невиправлені помилки іноді можуть призвести до серйозних наслідків, таких як рак. Ремонтні механізми можуть виправити помилки, але в рідкісних випадках помилки не виправляються, приводячи до мутацій; в інших випадках ремонтні ферменти самі мутують або несправні.

    Мутації: У цьому інтерактивному режимі ви можете «редагувати» нитку ДНК та викликати мутацію. Погляньте на ефекти!

    Більшість помилок під час реплікації ДНК оперативно виправляються ДНК-полімеразою, яка коректує щойно додану основу. Під час коректури DNA pol читає нову додану базу перед додаванням наступної, щоб можна було зробити виправлення. Полімераза перевіряє, чи правильно поєднана новододана основа з основою в шаблоні пасма. Якщо це правильна основа, додається наступний нуклеотид. Якщо була додана неправильна основа, фермент робить розріз на зв'язку фосфодіефіру і вивільняє неправильний нуклеотид. Це здійснюється екзонуклеазної дією ДНК пол III. Як тільки неправильний нуклеотид буде видалений, новий буде доданий знову.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Коректура ДНК-полімерази: Коректура ДНК-полімеразою виправляє помилки під час реплікації.

    Деякі помилки не виправляються під час реплікації, але замість цього виправляються після завершення реплікації; цей тип ремонту відомий як невідповідність ремонту. Ферменти розпізнають неправильно доданий нуклеотид і видаляють його; це потім замінюється правильною основою. Якщо це залишиться невиправленим, це може призвести до більш постійних пошкоджень. Як невідповідність ремонтних ферментів розпізнати, яка з двох основ є неправильною? У кишкової палички після реплікації аденін азотистого підстави набуває метильну групу; батьківська нитка ДНК матиме метильні групи, тоді як новосинтезована нитка їх не вистачає. Таким чином, ДНК-полімераза здатна видаляти неправильно закладені основи з новосинтезованої, неметильованої нитки. У еукаріотів механізм не дуже добре зрозумілий, але, як вважають, він передбачає визнання незапечатаних ніків у новій нитці, а також короткочасну триваючу асоціацію деяких білків реплікації з новою дочірньою ниткою після завершення реплікації.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Невідповідність Ремонт: У невідповідності ремонту, неправильно додана база виявляється після реплікації. Білки, що відновлюють невідповідність, виявляють цю основу і видаляють її з новосинтезованої нитки за допомогою нуклеазної дії. Зазор тепер заповнюється правильно-спареної основою.

    В іншому типі механізму ремонту, відновлення висічення нуклеотидів, ферменти замінюють неправильні основи, роблячи розріз як на 3′, так і на 5′ кінцях неправильної основи. Сегмент ДНК видаляється і замінюється правильно-парними нуклеотидами під дією ДНК-пол. Після того, як основи заповнені, решта зазор герметизується фосфодіефіровим зв'язком, каталізованим ДНК лігазою. Цей механізм ремонту часто застосовується, коли УФ-вплив викликає утворення піримідинових димерів.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): ДНК-лігаза I Відновлення хромосомних пошкоджень: пошкодження ДНК, обумовлене факторами навколишнього середовища та нормальними обмінними процесами всередині клітини, відбувається зі швидкістю від 1000 до 1 000 000 молекулярних уражень на клітину на добу. Спеціальний фермент, ДНК-лігаза (показаний тут кольором), оточує подвійну спіраль, щоб відновити зламану нитку ДНК. ДНК-лігаза відповідає за відновлення мільйонів розривів ДНК, що утворюються під час нормального перебігу життя клітини. Без молекул, які можуть виправити такі розриви, клітини можуть вийти з ладу, загинути або стати раковими. ДНК-лігази каталізують вирішальний етап приєднання розривів дуплексної ДНК під час відновлення, реплікації та рекомбінації ДНК і вимагають або аденозинтрифосфату (АТФ), або нікотинаміду аденіндинуклеотиду (NAD +) як кофактор.
    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Ремонт висічення нуклеотидів: Висічення нуклеотидів відновлює тимінові димери. При впливі УФ тиміни, що лежать поруч один з одним, можуть утворювати тимінові димери. У нормальних клітині вони січуть і замінюються.

    Пошкодження ДНК і мутації

    Помилки під час реплікації ДНК - не єдина причина, по якій виникають мутації в ДНК. Мутації, варіації нуклеотидної послідовності генома також можуть виникати через пошкодження ДНК. Такі мутації можуть бути двох видів: індуковані або спонтанні. Індуковані мутації - це ті, що виникають внаслідок впливу хімічних речовин, УФ-променів, рентгенівських променів або будь-якого іншого агента навколишнього середовища. Спонтанні мутації відбуваються без будь-якого впливу будь-якого агента навколишнього середовища; вони є результатом природних реакцій, що відбуваються всередині організму.

    Мутації можуть мати широкий спектр дії. Деякі мутації не виражені; вони відомі як мовчазні мутації. Точкові мутації - це ті мутації, які впливають на одну базову пару. Найбільш поширеними нуклеотидними мутаціями є заміни, при яких одна основа замінюється іншою. Вони можуть бути двох типів: переходи або перетворення. Перехідне заміщення відноситься до пурину або піримідину, який замінюється основою того ж виду; наприклад, пурин, такий як аденін, може бути замінений пурином гуаніном. Транверсійна заміщення відноситься до пурину, який замінюється піримідином або навпаки; наприклад, цитозин, піримідин, замінюється аденіном, пурином. Мутації також можуть бути результатом додавання основи, відомої як вставка, або видалення основи, відомої як видалення. Іноді шматочок ДНК з однієї хромосоми може потрапити в іншу хромосому або в іншу область тієї ж хромосоми.

    Внески та віднесення