Репарация в биологии кратко

Обновлено: 05.07.2024

(от лат. reparatio — восстановление), свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной (нативной) структуры ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке, а также физич. или химич. агентами. Осуществляется спец. ферментными системами клетки. Наиб, изучена Р. ДНК бактерий, повреждённой ультрафиолетовыми или ионизирующими излучениями. Обычно рассматривают 3 осн. механизма Р.: фоторепарацию (фотореактивацию), эксцизионную Р. и пострепликативную Р. Фоторепарация заключается в расщеплении ферментом дезоксирибопиримидинфотолиазой, активируемой видимым светом, циклобутановых димеров, возникающих в ДНК под действием ультрафиолетового излучения. Эксцизионная Р. заключается в узнавании повреждения ДНК, вырезании (эксцизии) повреждённого участка, ресинтезе ДНК по матрице интактной цепочки и восстановлении непрерывности цепи ДНК. Пострепликативная Р. включается в тех случаях, когда эксцизионная Р. не справляется с устранением всех повреждений, возникших в ДНК до её репликации. В этом случае воспроизведение повреждённых молекул приводит к появлению молекул с однонитевыми пробелами, а нативная структура восстанавливается с использованием этапа рекомбинации. Ферменты Р. принимают участие в редупликации и рекомбинации, а также в мутационном пропессе. В последнем случае в клетке работает особый тип индуцибельной Р., склонной к ошибкам. В результате происходит восстановление нативной структуры ДНК, однако с искажением заключённой в ней генетич. информации. Мутации, блокирующие процессы Р., часто приводят к повышению или понижению частоты мутационного процесса. Ряд наследств, заболеваний (напр., пигментная ксеродерма, атаксия-телеангиэктазия, прогерия) связан с дефектами систем Р. Штаммы бактерий и дрожжей, дефектные по Р. и обладающие повышенной чувствительностью к повреждающим агентам, используются в качестве индикаторов в генетич. токсикологии. В радиобиологии под Р. понимают восстановление биол. объектов от повреждений ионизирующим или ультрафиолетовым излучением. У многоклеточных организмов Р. проявляется в форме регенерации повреждённых облучением органов и тканей.

Смотреть что такое РЕПАРАЦИЯ в других словарях:

РЕПАРАЦИЯ

в генетике, особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах дезоксирибонуклеиновой к. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ, -и, обычно мн., ж. (спец.). Возмещение за причиненные войнойубытки, выплачиваемое стране-победительнице тем побежденным государством,к-рое виновно в войне. II прил. репарационный, -ая,-ое. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

репарация 1. ж. Полное или частичное возмещение материального ущерба, причиненного войной, выплачиваемое государству-победителю побежденной страной (в международном праве). 2. ж. Один из видов реституции (в биологии).

РЕПАРАЦИЯ

репарация возмещение, восстановление Словарь русских синонимов. репарация сущ., кол-во синонимов: 2 • возмещение (20) • восстановление (50) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: возмещение, восстановление. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ в генетике, особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химич. повреждения и разрывы в молекулах дезоксирибонуклеиновой к. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(от позднелат. reparatio-восстановление), свойственное всем клеткам живых организмов восстановление первоначальной (нативной) структуры ДНК в случ. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

репара́ция (лат. reparatio восстановление) 1) в международном праве - возмещение побежденным государством ущерба, причиненного государству, подвергше. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(от лат. reparatio - восстановление; англ. reparation) - в международном праве частичное возмещение материального ущерба, причиненного военными действ. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ и, ж. reparation, > нем. Reparation < reparatio восстановление, обновление. 1. устар. Удовлетворение, сатисфакция. Но клевета на нас б. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(лат. reparatio – восстановление) – 1. в биологии – один из видов реституции; 2. в молекулярной генетике – особая функция клетки, заключающаяся в способности восстанавливать химические изменения в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты, то есть препятствовать сохранению мутаций, восстанавливать изменившиеся гены в прежнем их качестве Тем не менее мутировавшие гены в большом и всё увеличивающемся их числе сохраняются в генофонде популяции, а распространённость носителей таких генов неуклонно увеличивается; 3. в радиобиологии – восстановление жизнеспособности биологических объектов, пострадавшей от повреждений, вызванных ионизирующими излучениями; 4. в психоанализе – а) сглаживание чувства вины посредством совершения хороших дел, поскольку это компенсирует воображаемый вред, который, якобы, был нанесён амбивалентно инвестированному объекту; б) процесс воссоздания внутреннего объекта, который в фантазии был разрушен. В работах некоторых аналитиков прослеживается тенденция рассматривать всю творческую деятельность как репарационную и считать репарацию одним из нормальных процессов, посредством которых индивид разрешает присущую ему амбитендентность по отношению к объектам. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

1) Орфографическая запись слова: репарация2) Ударение в слове: репар`ация3) Деление слова на слоги (перенос слова): репарация4) Фонетическая транскрипц. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

-и, ж. 1. мн. ч. (репара́ции, -ий).Денежные и натуральные платежи, производимые побежденной страной, по вине которой возникла война, победителю в воз. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

сущ.reparationвыплачивать репарации — to pay reparationsполучать по репарациям — to get (receive) reparationsустанавливать размер репараций — to fix th. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

reparation) Процесс (ЗАЩИТНЫЙ МЕХАНИЗМ) уменьшения ВИНЫ с помощью действия, предназначенного компенсировать воображаемый вред, который, якобы, был нанесен амбивалентно инвестированному объекту (см. АМБИВАЛЕНТНОСТЬ); процесс воссоздания внутреннего объекта, который в ФАНТАЗИИ был разрушен. В работах КЛЕЙН имеется тенденция рассматривать всю творческую деятельность (см. ТВОРЧЕСТВО) как репарационную и считать репарацию одним из нормальных процессов, посредством которых индивид разрешает присущую ему амбивалентность по отношению к объектам.См. ДЕПРЕССИВНАЯ ПОЗИЦИЯ. . смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(лат. reparatio восстановление, возобновление) 1) в генетике — восстановление исходной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты, поврежденной в результ. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ, свойственный клеткам всех организмов механизм исправления повреждений в молекуле ДНК, возникающих в ходе ее биосинтеза или под влиянием внешних химических или физических факторов (например, ионизирующих излучений); осуществляется специальными ферментами клетки. Обеспечивает поддержание стабильности генетического материала в ряду поколений. Ряд наследственных болезней (например, пигментная ксеродерма) связанных с нарушениями систем репарации.
. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

репарация (лат. reparatio восстановление, возобновление) — 1) в генетике — восстановление исходной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты, поврежденной в результате воздействия каких-либо физических или химических факторов; Р. включает удаление поврежденного участка, замещение его на основе комплементарной молекулы и восстановление целостности ДНК; 2) в патологии — см. Регенерация репаративная.

РЕПАРАЦИЯ

свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе её в клетке или под воздейс. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

корень - РЕПАР; суффикс - АЦИ; окончание - Я; Основа слова: РЕПАРАЦИВычисленный способ образования слова: Суффиксальный∩ - РЕПАР; ∧ - АЦИ; ⏰ - Я; Слово. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(лат. reparatio восстановление, возобновление) 1) в генетике - восстановление исходной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты, поврежденной в результате воздействия каких-либо физических или химических факторов; Р. включает удаление поврежденного участка, замещение его на основе комплементарной молекулы и восстановление целостности ДНК; 2) в патологии - см. Регенерация репаративная. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ, свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ - свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.
. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ , свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

- свойственный клеткам всех организмов процесс восстановленияприродной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК вклетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами.Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряднаследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан снарушениями систем репарации. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

англ. reparations полное или частичное возмещение материального ущерба, причиненного войной.Словарь бизнес-терминов.Академик.ру.2001.Синонимы: возмеще. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(1 ж), Р., Д., Пр. репара/ции; мн. репара/ции, Р. репара/цийСинонимы: возмещение, восстановление

РЕПАРАЦИЯ

[от лат. reparatio восстановление] биол. один из видов реституции; восстановление биологических организмов от повреждений; на уровне клеток состоит в основном в ликвидации химических повреждений генетических структур (ДНК, хромосом) с помощью специальных ферментов; на уровне тканей и организмов Р. происходит путем размножения уцелевших клеток. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

Ударение в слове: репар`ацияУдарение падает на букву: аБезударные гласные в слове: репар`ация

РЕПАРАЦИЯ

ж.(в радиационной биологии) repair- биологическая репарация- генетическая репарация- пострадиационная репарация- световая репарация- темновая репарация. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(от лат. reparatio - восстановление) - англ. reparation; нем. Reparation. В международном праве - возмещение побежденным государством ущерба, причиненного государству, подвергнувшемуся нападению. Antinazi.Энциклопедия социологии,2009 Синонимы: возмещение, восстановление. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

(Обычно во множественном числе - репарации) - возмещение государству-победителю утрат, потерь (денежных и натуральных), нанесенных ему военными действиями противника. Р. выплачиваются по условиям мирного договора государством, потерпевшим поражение. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

полное или частичное возмещение материального ущерба, причиненного войной; выплачивается государству-победителю побежденной страной.Синонимы: возмещен. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

ж., психоан. (сглаживание вины, совершая добрые дела) reparation

РЕПАРАЦИЯ

В психоанализе — сглаживание вины посредством совершения хороших дел. В подходе Мелани Кляйн репарация рассматривалась как не невротический защитный механизм, используемый для того, чтобы разрешить амбивалентные чувства к объектам и людям. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

Rzeczownik репарация f reparacja f

РЕПАРАЦИЯ

репарация, репар′ация, -и, обычно мн. ч., ж. (спец.). Возмещение за причинённые войной убытки, выплачиваемое стране-победительнице тем побеждённым государством, к-рое виновно в войне.
прил. репарационный, -ая, -ое.

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ, -и, обычно мн., ж. (спец.). Возмещение за причинённые войной убытки, выплачиваемое стране-победительнице тем побеждённым государством, которое виновно в войне. || прилагательное репарационный, -ая,-ое. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

РЕПАРАЦИЯ репарации, чаще мн., ж. (от латин. reparatio - восстановление) (нов. полит.). Денежные и натуральные платежи, производимые побежденной страной победителю в возмещение убытков от войны.

РЕПАРАЦИЯ

- (от лат. reparatio - восстановление) - англ. reparation; нем. Reparation. В международном праве - возмещение побежденным государством ущерба, причиненного государству, подвергнувшемуся нападению. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

— самовосстановление структуры ДНК,следующее после нарушения ее физическими или химическими мутагенами. Синонимы: возмещение, восстановление

РЕПАРАЦИЯ

репарацияשִילוּמִים ז"רСинонимы: возмещение, восстановление

РЕПАРАЦИЯ

Репа Рая Рация Репарация Репица Риа Рия Рацея Рапира Рапа Прерия Цеп Цея Пра Пиар Пери Пария Пара Ера Ария Ариец Аир Ярица Арап Пари Паяц Перри Пие Ципрея Пир Раия. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

репара'ция, репара'ции, репара'ции, репара'ций, репара'ции, репара'циям, репара'цию, репара'ции, репара'цией, репара'циею, репара'циями, репара'ции, репара'циях. смотреть

РЕПАРАЦИЯ

лат. reparatio - восстановление) Полное или частичное возмещение убытков, нанесенных войной, выплачиваемое победителю страной, потерпевшей поражение. . смотреть

Репликация обеспечивает самокопирование генетического материала. При этом, благодаря принципу комплементарности, весьма высока точность сопоставления нуклеотидных последовательностей дочерней цепи к матричной ДНК. Кроме того, ДНК — достаточно химически инертное вещество, что обеспечивает ее большую стабильность по сравнению, например, с РНК. Однако этого мало, так как ДНК все же может повреждаться внешними воздействиями, также могут возникать ошибки на этапе репликации. Поэтому в клетках должны существовать механизмы исправления повреждений и ошибок синтеза, т. е. выполняться репарация ДНК.

Существует целый ряд репарационных механизмов, выполняющихся на различных этапах синтеза ДНК, а также в зависимости от типа возникающих ошибок.

Все вместе репарационные механизмы существенно снижают частоту ошибок в молекулах ДНК и направлены на поддержание стабильности наследственного материала. Однако, поскольку не все изменения структуры ДНК устраняются, возникают мутации, благодаря которым на Земле возникло разнообразие живых организмов.

Устранение ошибок ДНК-полимеразой

Прежде всего сама ДНК-полимераза при наращивании новой цепи ДНК проверяет, тот ли нуклеотид присоединяется к растущей нити.

В результате такого механизма самокоррекции частота ошибок репликации снижается в 10 раз. Если присоединение ошибочного нуклеотида на этапе синтеза ДНК составляет 10 -5 , то репарационная активность полимеразы снижает их количество до 10 -6 .

Репарационные механизмы

ДНК-полимераза исправляет часть ошибок репликации, но не все. Кроме того, изменения в последовательности нуклеотидов ДНК возникают и после ее удвоения. Так могут теряться пуриновые основания (аденин и гуанин), дезаминироваться цитозин, превращаясь в урацил. Эти и другие изменения возникают обычно из-за содержащихся в окружающей хромосомы среде определенные химически активных вещества. Ряд подобных соединений нарушает нормальное спаривание оснований. Под действием ультрафиолетового излучения два соседних остатка тимина могут образовать связи между собой, возникают тиминовые димеры.

Существует прямая репарация, когда, если это возможно, ферментативно восстанавливается исходная структура нуклеотидов, без их вырезания.

Эксцизионная репарация

Эксцизионная, или дорепликативная, репарация осуществляется до очередного цикла репликации.

Ферменты репарации обычно обнаруживают ошибки на новой нити ДНК, а не матричной. Между двумя цепями одной молекулы ДНК небольшое различие, заключающееся в степени метилирования азотистых оснований. У дочерней цепи оно отстает от синтеза. Ферменты распознают такую цепь и именно на ней исправляют участки, которые так или иначе не комплементарны участкам старой цепи. Кроме того, сигналами могут служить разрывы нити, которая у эукариот синтезируется фрагментами.

Фермент эндонуклеаза способна обнаруживать утрату пуриновых оснований. Данный фермент разрывает фосфоэфирную связь в месте повреждения. Далее действует фермент экзонуклеаза, который удаляет участок, содержащий ошибку. После этого дыра застраивается согласно комплементарности матрице.

Следует отметить, что дезаминирование азотистых оснований может привести к невозможности восстановления исходной последовательности нуклеотидов. Происходит замена одних пар оснований другими (например, Ц-Г заменится на Т-А).

Ферменты, удаляющие участки с тиминовыми димерами, распознают не отдельные ошибочные основания, а более протяженные участки измененной ДНК. Здесь также происходит удаление участка и синтез на его месте нового. Кроме того димеры тимина могут устраняться самопроизвольно под действием света — так называемая световая репарация.

Пострепликативная репарация

Если дорепликативная репарация не исправила измененные участки ДНК, то в ходе репликации происходит их фиксация. Одна из дочерних молекул ДНК будет содержать изменения в обоих своих нитях. В ней одни пары комплементарных нуклеотидов заменены на другие, или появляются бреши во вновь синтезированной цепи напротив измененных участков матричной.

Система пострепликативной репарации способна распознавать такие изменения ДНК. На этом этапе устранение повреждений ДНК осуществляется путем обмена фрагментами (т. е. рекомбинацией) между двумя новыми молекулами ДНК, одна из которых содержит повреждение, другая — нет.

SOS-система

Значительная часть повреждений ДНК устраняется с помощью описанных репарационных механизмов. Однако если ошибок остается слишком много, то обычно включается так называемая SOS-система, состоящая из своей группы ферментов, которые могут заполнять дыры, не обязательно соблюдая принцип комплементарности. Поэтому срабатывание SOS-системы часто служит причиной возникновения мутаций.

Если же изменение ДНК слишком существенное, то репликация блокируется, и клетка не будет делиться.

Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации.

Содержание

История открытия

Источники повреждения ДНК

УФ излучение
Химические вещества
Ошибки репликации ДНК
Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова
Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания

Основные типы повреждения ДНК

Повреждение одиночных нуклеотидов
Повреждение пары нуклеотидов
Разрыв цепи ДНК
Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК

Устройство системы репарации

Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:

, "узнающий" химически изменённые участки в цепи ДНК и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения , удаляющий повреждённый участок (ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого (ДНК-лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность

Типы репарации

У бактерий имеются по крайней мере 2 ферментные системы, ведущие репарацию — прямая и эксцизионная.

Прямая репарация

Прямая репарация наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.

Эксцизионная репарация

Эксцизионная репарация (англ. excision — вырезание) включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы.

Интересные факты

Полагают, что от 80% до 90% всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК[1] .
Повреждение ДНК, под воздействием факторов окружающей среды, а так же нормальных метаболических процессов, происходящих в клетке происходит с частотой от 1000 до 1000000 случаев в каждой клетке, каждый день.
Благодаря системе репарации из 1000 повреждений ДНК лишь 1 приводит к мутации[1] .

Примечания

↑ 12А.С.Коничев, Г.А.Севастьянова Молекулярная биология. — Москва: Академия, 2003. — ISBN 5-7695-0783-7

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Репарация (биология)" в других словарях:

Репарация ошибочно спаренных нуклеотидов — система обнаружения и репарации вставок, пропусков и ошибочных спариваний нуклеотидов, возникающих в процессе репликации и рекомбинации ДНК, а также в результате некоторых типов повреждений ДНК[1][2] Сам факт ошибочного спаривания не позволяет… … Википедия

Репарация ДНК — У этого термина существуют и другие значения, см. Репарация. Повреждённые хромосомы Репарация особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном… … Википедия

Радиобиология — Радиационная биология или радиобиология наука, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты. Код науки по 4 х значной классификации ЮНЕСКО (англ.) 2418 (раздел биология). Радиобиология … Википедия

Генетика — I Генетика (от греч. génesis происхождение) наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Важнейшая задача Г. разработка методов управления Наследственностью и наследственной Изменчивостью для получения нужных человеку форм… … Большая советская энциклопедия

Nature Cell Biology — Специализация: Клеточная биология Периодичность: ежемесячно Сокращённое название: Nat. Cell. Biol. Язык: Английский Главный редактор: Саумья Суомината … Википедия

Радиационная цитология — Радиационная биология или радиобиология это самостоятельная комплексная, фундаментальная наука, состоящая из многих научных направлений, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты. Код науки по 4 х значной … Википедия

Мутагенез — Мутагенез это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез. Содержание 1 Естественный мутагенез … Википедия

Радиобиолог — Радиационная биология или радиобиология это самостоятельная комплексная, фундаментальная наука, состоящая из многих научных направлений, изучающая действие ионизирующих и неионизирующих излучений на биологические объекты. Код науки по 4 х значной … Википедия

Археи — Halobacteria, штамм NRC 1, каждая клетка около 5 мкм длиной … Википедия

Высокая стабильность ДНК обеспечивается не только консервативностью её структуры и высокой точностью репликации, но и наличием в клетках всех живых организмов специальных систем репарации, устраняющих из ДНК возникающие в ней повреждения.

Действие различных химических веществ, ионизирующей радиации а также ультрафиолетового излучения может вызвать следующие нарушения структуры ДНК:

· повреждения одиночных оснований (дезаминирование, ведущее к превращению цитозина в урацил, аденина в гипоксантин; алкилирование оснований; включение аналогов оснований, инсерции и делеции нуклеотидов);

· повреждение пары оснований (образование тиминовых димеров);

· разрывы цепей (одиночные и двойные);

· образование перекрестных связей между основаниями, а также сшивок ДНК-белок.

Некоторые из указанных нарушений могут возникать и спонтанно, т.е. без участия каких-либо повреждающих факторов.

Любой тип повреждений ведет к нарушению вторичной структуры ДНК, что является причиной частичного или полного блокирования репликации. Такие нарушения конформации и служат мишенью для систем репарации. Процесс восстановления структуры ДНК основан на том, что генетическая информация представлена в ДНК двумя копиями – по одной в каждой из цепей двойной спирали. Благодаря этому повреждение в одной из цепей может быть удалено репарационным ферментом, а данный участок цепи ресинтезирован в своем нормальном виде за счет информации, содержащейся в неповрежденной цепи.

В настоящее время выявлены три основных механизма репарации ДНК: фотореактивация, эксцизионная и пострепликативнаярепарация. Последние два типа называются также темновой репарацией.

Фотореактивация заключается в расщеплении ферментом фотолиазой, активируемой видимым светом, тиминовых димеров, возникающих в ДНК под действием ультрафиолетового излучения.

2) надрезании одной цепи ДНК вблизи повреждения (инцизии);

3) удалении поврежденного участка (эксцизии);

4) ресинтезе ДНК на месте удаленного участка;

5) восстановлении непрерывности репарируемой цепи за счет образования фосфодиэфирных связей между нуклеотидами
(Рис 6.2)

Рис. 6.2 Схема эксцизионной репарации

Репарация начинается с присоединения ДНК-N-гликозилазы к поврежденному основанию. Существует множество ДНК-N-гликозилаз, специфичных к разным модифицированным основаниям. Ферменты гидролитически расщепляют N-гликозидную связь между измененным основанием и дезоксирибозой, это приводит к образованию АП (апуринового-апиримидинового) сайта в цепи ДНК (первый этап). Репарация АП-сайта может происходить при участии только ДНК-инсертазы, которая присоединяет к дезоксирибозе основание в соответствии с правилом комплементарности. В этом случае нет необходимости разрезать цепь ДНК, вырезать неправильный нуклеотид и репарировать разрыв. При более сложных нарушениях структуры ДНК необходимо участие всего комплекса ферментов, участвующих в репарации (Рис. 6.2.): АП-эндонуклеаза распознает АП-сайт и разрезает возле него цепь ДНК (II этап). Как только в цепи возникает разрыв, в работу вступает АП-экзонуклеаза, которая удаляет фрагмент ДНК, содержащий ошибку (III этап). ДНК-полимераза b застраивает возникшую брешь по принципу комплементарности (IV этап). ДНК-лигаза соединяет 3¢-конец вновь синтезированного фрагмента с основной цепью и завершает репарацию повреждения (V этап).

Пострепликативнаярепарация включается в тех случаях, когда эксцизионная не справляется с устранением всех повреждений ДНК до её репликации. В этом случае воспроизведение поврежденных молекул приводит к появлению ДНК с однонитевыми пробелами, а нативная структура восстанавливается при рекомбинации.

Врожденные дефекты системы репарации являются причиной таких наследственных заболеваний, как пигментная ксеродерма, атаксия-телеангиэктазия, трихотиодистрофия, прогерия.

· повреждение пары оснований (образование тиминовых димеров);

· разрывы цепей (одиночные и двойные);

· образование перекрестных связей между основаниями, а также сшивок ДНК-белок.

2) надрезании одной цепи ДНК вблизи повреждения (инцизии);

3) удалении поврежденного участка (эксцизии);

4) ресинтезе ДНК на месте удаленного участка;

Рис. 6.2 Схема эксцизионной репарации

Актуальность: Данная тема является актуальной по причине того, что репарация является свойством живой клетки бороться с различными повреждениями ДНК, чтобы сохранить целостность ДНК. Данная тема затрагивает одну из важных задач современной медицины.

Цель: понять, как нарушается целостность генетического материала клетки и какие существуют восстановительные механизмы ДНК и как они работают.

1. Изучить, что такое репарация.

2. Разобрать, как происходит повреждение ДНК и по каким причинам

3. Выяснить, как работают репарационные механизмы ДНК

6. Классификация репарации………………………………………………..8

8. Интересные факты о репарации………………………………….………11

Репарация (от лат. reparatio — восстановление) — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённых при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физических или химических реагентов. Осуществляется специальными ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная ксеродерма) связан с нарушениями систем репарации. В окружающем мире существует множество факторов, способных вызвать необратимые изменения в живом организме. Чтобы сохранить свою целостность, избежать патологических и несовместимых с жизнью мутаций, должна существовать система самостоятельного восстановления.

Нарушения в ДНК

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты может быть разорвана как в ходе биосинтеза, так и под влиянием вредных веществ.

Источники повреждения ДНК:

- Ошибки репликации ДНК

- Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова

- Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания

К негативным факторам, в частности, относят температуру или физические силы различного происхождения. Если разрушение произошло, клетка запускает процесс репарации. Так начинается восстановление исходной структуры молекулы ДНК. За репарацию отвечают особые ферментные комплексы, присутствующие внутри клеток. С невозможностью отдельных клеток осуществлять восстановление связаны некоторые заболевания.

Впоследствии исследования Кельнера получили свое логическое продолжение в работах американских биологов Сетлоу, Руперта и некоторых других. Благодаря труду этой группы ученых было достоверно установлено, что фотореактивация является процессом, который запускается благодаря особому веществу – ферменту, катализирующему расщепление димеров тимина. Именно они, как выяснилось, образовывались в ходе экспериментов под воздействием ультрафиолета. При этом яркий видимый свет запускал действие фермента, который способствовал расщеплению димеров и восстановлению первоначального состояния поврежденных тканей. В данном случае речь идет о световой разновидности восстановления ДНК. Определим это более четко. Можно сказать, что световая репарация – это восстановление под воздействием света первоначальной структуры ДНК после повреждений. Однако данный процесс не является единственным, способствующим устранению повреждений.

Спустя некоторое время после открытия световой была обнаружена темновая репарация. Это явление происходит без какого-либо воздействия световых лучей видимого спектра. Данная способность к восстановлению обнаружилась во время исследования чувствительности некоторых бактерий к ультрафиолетовым лучам и ионизирующему излучению. Темновая репарация ДНК – это способность клеток убирать любые патогенные изменения дезоксирибонуклеиновой кислоты. Но следует сказать, что это уже не фотохимический процесс, в отличие от светового восстановления.

Механизм "темнового" устранения повреждений Наблюдения за бактериями показали, что спустя некоторое время после того, как одноклеточный организм получил порцию ультрафиолета, вследствие чего некоторые участки ДНК оказались поврежденными, клетка регулирует свои внутренние процессы определенным образом. В результате измененный кусочек ДНК просто отрезается от общей цепочки. Получившиеся же промежутки заново заполняются необходимым материалом из аминокислот. Иными словами, осуществляется ресинтез участков ДНК. Открытие учеными такого явления, как темновая репарация тканей, – это еще один шаг в изучении удивительных защитных способностей организма животного и человека.

Эксперименты, позволившие выявить механизмы восстановления и само существование этой способности, проводились с помощью одноклеточных организмов. Но процессы репарации присущи живым клеткам животных и человека. Некоторые люди страдают пигментной ксеродермой. Это заболевание вызвано отсутствием способности клеток ресинтезировать поврежденную ДНК. Ксеродерма передается по наследству. Из чего же состоит репарационная система? Четыре фермента, на которых держится процесс репарации – это ДНК-хеликаза, -экзонуклеаза, -полимераза и -лигаза. Первый из этих соединений способен распознавать повреждения в цепи молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты. Он не только распознает, но и обрезает цепь в нужном месте, чтобы удалить измененный отрезок молекулы. Само устранение осуществляется с помощью ДНК-экзонуклеазы. Далее происходит синтез нового участка молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты из аминокислот с целью полностью заменить поврежденный отрезок. Ну и финальный аккорд этой сложнейшей биологической процедуры совершается с помощью фермента ДНК-лигазы. Он отвечает за прикрепление синтезированного участка к поврежденной молекуле. После того как все четыре фермента сделали свою работу, молекула ДНК полностью обновлена и все повреждения остаются в прошлом. Вот так слаженно работают механизмы внутри живой клетки.

На данный момент ученые выделяют следующие разновидности систем репарации. Они активируются в зависимости от разных факторов. К ним относятся: реактивация, рекомбинационное восстановление, репарация гетеродуплексов, эксцизионная репарация, воссоединение негомологичных концов молекул ДНК. Все одноклеточные организмы обладают как минимум тремя ферментными системами. Каждая из них обладает способностью осуществлять процесс восстановления. К этим системам относят: прямую, эксцизионную и пострепликативную. Этими тремя видами восстановления ДНК обладают прокариоты. Что касается эукариот, то в их распоряжении находятся дополнительные механизмы, которые называются Miss-mathe и Sos-репарация. Биология подробно изучила все эти виды самовосстановления генетического материала клеток.

1. Прямая репарация — наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК, в котором обычно задействованы специфические ферменты, способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов. Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков цистеина.

2. Эксцизионная репарация (англ. excision — вырезание) включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы. Эксцизионная репарация (excision repair): процесс с участием ферментативной системы, которая удаляет короткую однонитевую последовательность двунитевой ДНК , содержащей ошибочно спаренные или поврежденные основания , и замещает их путем синтеза последовательности, комплементарной оставшейся нити. Эксцизионная репарация является наиболее распространенным способом репарации модифицированных оснований ДНК. Этот тип репарации базируется на распознавании модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК. При этом существуют гликозилазы, специфически распознающие присутствие в ДНК определенных модифицированных оснований (оксиметилурацила, гипоксантина, 5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т.д.). Для многих гликозилаз к настоящему времени описан полиморфизм, связанный с заменой одного из нуклеотидов в кодирующей последовательности гена. Для ряда изоформ этих ферментов была установлена ассоциация с повышенным риском возникновения онкологических заболеваний.

3. Пострепликативная репарация Tип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка. Пострепликативная репарация была открыта в клетках E.Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

Интересные факты о репарации

1. Полагают, что от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК[4].

2. Повреждение ДНК под воздействием факторов окружающей среды, а также нормальных метаболических процессов, происходящих в клетке, происходит с частотой от нескольких сотен до 1000 случаев в каждой клетке, каждый час.

3. По сути ошибки в репарации происходят так же часто как и в репликации, а при некоторых условиях даже чаще.

4. В половых клетках сложная репарация, связанная с гомологичной рекомбинацией не происходит из-за гаплоидности генома этих клеток.

Репарация – это обязательное условие нормального функционирования организма. Подвергаясь ежедневно и ежечасно угрозам повреждений и мутаций ДНК, многоклеточная структура приспосабливается и выживает. Это происходит в том числе и за счет налаженной системы репарации. Отсутствие нормальной восстановительной способности вызывает болезни, мутации и другие отклонения. К ним относятся различные патологии развития, онкология и даже само старение. Наследственные болезни вследствие нарушений репарации могут приводить к тяжелым злокачественным опухолям и другим аномалиям организма. Сейчас определены некоторые заболевания, вызываемые именно сбоями систем репарации ДНК. Это такие, например, патологии, как синдром Кокейна, ксеродерма, неполипозный рак толстой кишки, трихотиодистрофия и некоторые раковые опухоли.

1. Кирпичев А.С., Севастьянова Г.А. Молекулярная биология М. AKADEMA. 2005г.

2. С.Коничев, Г.А.Севастьянова Молекулярная биология. — Москва: Академия, 2003г.

3. С.Г. Инге-Вечтомов. Генетика с основами селекции. — Москва: Высшая школа, 1989г.

Читайте также: