Сохранение стабильности генетической информации. Репликация и репарация ДНК.

Одно из основных свойств генетического материала является способность к самокопированию- репликация. Предположение о матричном типе репликации впервые было высказано Уотсоном и Криком. Они предположили, что 2 спираль ДНК расплетается и на обоих нитях начинают синтезироваться новые. В результате образуются 2 копии. В этом случае каждая из 2 нитей исходной молекулы послужат образцом – матрицей для образования вновь синтезируемой нити. Такой полуконсервативный характер репликации был установлен не только для бактериальной хромосомы, но и для большинства млекопитающих.

Репликация молекулы ДНК начинается с разъединения двух комплиментарных нитей, области расхождения полинуклеотидных цепей в зоне репликации называют репликационной вилкой. Вилка репликации образуется при участии фермента ДНК - геликазы, образование новых дочерних молекул ДНК происходит при участии фермента ДНК полимеразы.

Расплетение двойной спирали создает определенные трудности по ходу разделения цепей, т.к возникающее напряжение может остановить весь процесс. В природе этого не происходит, т.к в природе существуют ферменты ДНК-топоизомеразы (геразы), которые разрывают одну из цепей ДНК, что дает возможность второй цепи вращаться вокруг первой цепи, это снимает напряжение и позволяет раскручиваться спирали. ДНК-полемираза осуществляет сборку полинуклеотидных дочерних цепей в направлении 5* к 3* концу. При антипараллельности двух цепей ДНК это означает, что процесс репликации на двух цепях происходит по-разному. На матрице 3*- 5* сборка дочерней цепи происходит непрерывно, т.к её напряжение совпадает с работой фермента. На 2 цепи (5*-3*) непрерывно фермент работать не может, поэтому здесь осуществляется сборка цепи короткими фрагментами (Оказаки). Синтезу каждого такого фрагмента предшествует образование РНК-затравки (РНК-праймер). Он не нужен в конечном продукте, поэтому со временем уничтожается, а образовавшаяся брешь заполняется нуклеотидами, считываемыми с комплементарной цепи. Так как реплик.вилка ассиметрична, одна цепь строится непрерывно,→,называется лидирующей. Другая синтезируется фрагментарно, медленно, т.е называется запаздывающей. Направление сборки на ДНК-матрице от 3*-5*, а дочерняя от 5*-3* концу.

Репликация ДНК – процесс, который зависит от работы ферментов.

Ферменты и белки, участвующие в синтезе:

1)ДНК-полимераза1 (играет ключевую роль в репарации и заполняет нуклеотидные бреши, после вырезания праймера).

2)ДНК-полимераза2 (репарация ДНК, вызванная внешними факторами(УФоблучение).

3)ДНК-полимераза3 (основной фермент элонгации).

4)ДНК-лигаза (фермент, который осуществляет сшивание, соединение цепи ДНК).

5)ДНК-геликаза (разделяет цепи ДНК и обеспечивает образование репликационной вилки).

6)ДНК-топоизомераза (снимает напряжение в цепи ДНК, вносят временные разрывы в одну из цепей).

7)Белки SSВ (исключают нарушение в структуре одиночных цепей и удерживают ее в выпрямленном состоянии).

Основным свойством генетической системы является ее способность к самозащите, которая реализуется с помощью биологических механизмов, обеспечивающих стабильность генетической информации. Известные механизмы разделяют на 2 группы.

Механизмы самозащиты ген.ифо:

1)механизмы супрессии или исправления нарушенного смысла генетического кода.

2)механизмы репарации структурных повреждений в ДНК:

а) дорепликативные:

-(одноэтапные процессы- фотореактивация;

-многоэтапные –экцизия повреждений ДНК.

б) пострепликативные.

Супрессии – это мутации, которые ведут к восстановлению дикого или псевдодикого мутантного типа.

Различают истинные обратные мутации (реверсия генов), при которых восстанавливается исходное расположение нуклеотидов и супрессорные мутации, при которых мутация сохраняется, но ее отрицательные последствия блокируются за счет дополнительной мутации. Такие обратные мутации, которые как бы подавляют или скпрессируют исходные мутации и восстанавливают у мутантного организма дикий фенотип называются супрессорными.

Механизмы репарации

Система репарации является важным механизмом самозащиты генома, с их помощью целенаправленно уничтожаются различные структурные повреждения ДНК, приводящие к летальному эффекту или мутациям. К наиболее изученным повреждениям ДНК относят образования фотопродуктов при ультрафиолетовом излучении. Повреждения чаще всего приводят к образованию димеров из 2 соседних пиримидиновых оснований. Наиболее часто образуются димеры тимина, цитозина.

На исправление подобных дефектов направлены процессы дорепликативной репарации. Фотореактивация строго специфична и происходит с помощью фермента ДНК-фотолиазы, она образуется у различных организмов от бактерий до млекопитающих. Она обладает специфическим сродством к участкам ДНК, содержащих пиримидиновые димеры. При их обнаружении она связывается с такими последовательностями, связь происходит в темноте. Комплекс фотолиазы ДНК сохраняется неизменным до освещения его видимым светом. Под действием энергии света, фермент каталитически разрывает ковалентные связи между пиримидиновыми кольцами, восстанавливая структуру ДНК.