Репарация: това ли е? Механизми за ремонт на ДНК

Репарацията е собственост на жива клетка за борба с различни увреждания на ДНК. В околния свят има много фактори, които могат да причинят необратими промени в жизнения организъм. За да запази целостта си, избягвайте патологични и несъвместими с житейски мутации, трябва да има система за самовъзстановяване. Как се нарушава целостта на генетичния материал на клетката? Нека разгледаме този въпрос по-подробно. Също така разберете какви са възстановителните механизми на тялото и как работят.

Нарушения в ДНК

Молекулата на дезоксирибонуклеиновата киселина може да бъде счупена както по време на биосинтеза, така и под въздействието на вредни вещества. Негативните фактори, по-специално, включват температура или физически сили от различен произход. Ако се получи унищожаване, клетката стартира процеса на поправка. Така започва възстановяването на оригиналната структура ДНК молекули. Специалните ензимни комплекси, които се намират вътре в клетките, са отговорни за ремонта. При невъзможността отделни клетки да извършат възстановяване, някои заболявания са свързани. Науката, която изучава процесите на репарация, е биологията. В рамките на дисциплината са проведени много експерименти и експерименти, благодарение на които процесът на възстановяване става по-разбираем. Трябва да се отбележи, че механизмите за ремонт на ДНК са много интересни, както и историята на откриването и изучаването на този феномен. Какви фактори допринасят за началото на възстановяването? За да започне процесът, е необходимо ДНК стимулаторът да се ремонтира тъканите. Какво е това, ще разясним по-подробно по-долу.

История на откритието

Този невероятен феномен започна да изучава американския учен Келнер. Първото значимо откритие по пътя на разследването на репарацията е феноменът на фотореактивирането. С този термин Келнер нарече ефекта за намаляване на вредите от ултравиолетовото облъчване в последващото лечение на увредените клетки с ярки поток от светлина лъчение на видимия спектър.

"Възстановяване на светлината"

Впоследствие изследванията на Келнер се развиват логично в произведенията на американските биолози Сетлав, Рупърт и някои други. Благодарение на работата на тази група учени е доказано, че фотореактивирането е процес, който се предизвиква от специална субстанция - ензим, който катализира разграждането на тиминните димери. Те се оформиха по време на експериментите под въздействието на ултравиолетовите лъчи. В този случай ярка видима светлина предизвиква действието на ензима, което допринася за разцепването на димерите и възстановяването на първоначалното състояние на увредените тъкани. В този случай става въпрос за лек тип ремонт на ДНК. Нека я дефинираме по-ясно. Може да се каже, че светлинният ремонт е възстановяването под въздействието на светлината на оригиналната структура на ДНК след увреждане. Този процес обаче не е единственият, който допринася за премахването на щетите.

"Тъмно" възстановяване

След известно време след откриването на светлината се открива тъмен ремонт. Това явление се проявява без излагане на видими светлинни лъчи. Тази способност за възстановяване се открива по време на изследването на чувствителността на някои бактерии към ултравиолетовите лъчи и йонизиращо лъчение. Тъмната ремонт на ДНК е способността на клетките да отстраняват всякакви патогенни промени в дезоксирибонуклеиновата киселина. Но трябва да се каже, че това вече не е фотохимичен процес, за разлика от възстановяването на светлината.

Механизъм за "тъмно" премахване на щетите

Наблюденията на бактериите показват, че известно време, след като едноклетъчният организъм е получил част от ултравиолетовата маса, поради която някои части от ДНК са повредени, клетката регулира вътрешните си процеси по определен начин. В резултат на това модифицирана част от ДНК е просто отрязана от общата верига. Получените празнини отново се пълнят с необходимия материал от аминокиселините. С други думи, се извършва resynthesis на ДНК места. Откриването от страна на учените на такова явление като ремонт на тъмен тъкан е още една стъпка в изучаването на невероятните защитни способности на животинския и човешкия организъм.

Как е разположена системата за ремонт

Експерименти, които разкриха механизмите на възстановяване и самото съществуване на тази способност, бяха проведени с помощта на едноклетъчни организми. Но процесите на ремонт са присъщи на живите клетки на животни и хора. Някои хора страдат от пигментна ксеродерма. Това заболяване се дължи на липсата на способност на клетките да ресинтезират увредената ДНК. Ксеродерма е наследена. От какво се състои системата за възстановяване? Четирите ензими, на които се запазва ремонтът, са ДНК-челиказа, -ексонуклеаза, -полимераза и -лигаза. Първото от тези съединения е в състояние да разпознае увреждане във веригата на молекула дезоксирибонуклеинова киселина. Той не само разпознава, но също така нарязва веригата на правилното място, за да премахне променения сегмент на молекулата. Самото елиминиране се осъществява с помощта на ДНК-екзонуклеаза. Освен това, нова част от молекулата на дезоксирибонуклеиновата киселина се синтезира от аминокиселини, за да се замени изцяло увредения сегмент. Е, крайният абор на тази най-сложна биологична процедура се осъществява с помощта на ензима ДНК лигаза. Той е отговорен за прикрепването на синтезираното място към увредената молекула. След като всичките четири ензими са свършили работата си, ДНК молекулата е напълно актуализирана и всички щети остават в миналото. По този начин механизмите работят вътре в живата клетка.

класификация

В момента учените разпознават следните сортове ремонтни системи. Те се активират в зависимост от различни фактори. Те включват:

1. Реактивиране.
2. Възстановяване на рекомбинацията.
3. Ремонт на хетеродиплекси.
4. Ремонт на ексцизия.
5. Събиране на нехомологични краища на ДНК молекули.

Всички едноклетъчни организми притежават най-малко три ензимни системи. Всеки от тях има способността да реализира процеса на възстановяване. Тези системи включват: директни, ексцизионни и пострепликативни. Прокариотите са трите вида ремонт на ДНК. Що се отнася до еукариотите, те разполагат с допълнителни механизми, наречени "Мис-мате" и "Сос-репарация". Биологията е проучила подробно всички тези видове самолечение на генетичния материал на клетките.

Структура на допълнителни механизми

Директната репарация е най-малко сложният начин да се отървете от патологичните промени в ДНК. Тя се извършва със специални ензими. Благодарение на тях възстановяването на структурата на молекулата на ДНК става много бързо. По правило процесът се осъществява по време на един етап. Един от описаните по-горе ензими е О6-метилгуанин-ДНК метилтрансфераза. Системата за възстановяване на ексцизията е вид самолечение на дезоксирибонуклеиновата киселина, която включва изрязване на променените аминокиселини и след това тяхното заместване с нови синтезирани пластири. Този процес вече се осъществява на няколко етапа. В хода на повторното репликативно възстановяване на ДНК, празнините в структурата на тази молекула могат да се образуват в една верига. След това те се затварят с помощта на протеин RecA. Системата за поправки след повторението е уникална, тъй като няма етап в процеса на разпознаване на патогенните промени.

Кой отговаря за механизма за възстановяване?

Досега учените знаят, че най-простото същество, като Е. coli, притежава не по-малко от половин гени, които са отговорни за самия ремонт. Всеки ген изпълнява определени функции. Те включват: разпознаване, отстраняване, синтез, прикачване, идентификация на ефектите от ултравиолетовата радиация и т.н. За съжаление, всички гени, включително тези, които са отговорни за ремонтните процеси в клетката, претърпяват промени в мутацията. Ако това се случи, те задействат по-чести мутации във всички клетки на тялото.

След това е опасно да се увреди ДНК

Всеки ден ДНК на нашите клетки е изложена на опасност от увреждане и патологични промени. Това се улеснява от фактори като околната среда ултравиолетово лъчение, хранителни добавки, химикали, температурни промени, магнитни полета, многобройни натоварвания, задействащи определени процеси в организма и много други. Ако структурата на ДНК е нарушена, тя може да причини тежка клетъчна мутация и може да доведе до рак в бъдеще. Ето защо тялото разполага с набор от мерки, предназначени да се борят с такива щети. Дори ако ензимите не могат да върнат ДНК в първоначалния си вид, ремонтната система работи, за да сведе до минимум щетите.

Хомоложна рекомбинация

Да видим какво е то. Рекомбинацията е обменът на генетичен материал в процеса на разкъсване и свързване на молекулите на дезоксирибонуклеиновата киселина. В случай, когато се появят прекъсвания в ДНК, започва процес на хомоложна рекомбинация. В хода на това се разменят фрагменти от две молекули. Поради това оригиналната структура на дезоксирибонуклеиновата киселина се възстановява точно. В някои случаи може да настъпи проникване на ДНК. Благодарение на процеса на рекомбинация е възможно тези два различни елемента да бъдат интегрирани.

Механизъм на възстановяване и здравето на тялото

Репарацията е незаменимо условие за нормалното функциониране на тялото. Като ежедневно и почасово се излага на заплаха от увреждане на ДНК и мутации, многоклетъчната структура се адаптира и оцелява. Това се дължи и на установената система за възстановяване. Липсата на нормален капацитет за възстановяване води до заболявания, мутации и други аномалии. Те включват различни патологии на развитие, онкология и дори стареене. Наследствените заболявания, дължащи се на нарушения на репарацията, могат да доведат до тежки злокачествени тумори и други аномалии на тялото. Сега са идентифицирани някои заболявания, причинени от неизправности на системите за ремонт на ДНК. Това са например патологии, като например Синдром на Cochain, ксеродерма, рак на дебелото черво на дебелото черво, триходиодистрофия и някои видове рак.