Механизмы репарации ДНК: световая и темновая репарации

Санкт-Петербургский  Государственный Университет

факультет Журналистики

 

 

 

 

 

Реферат

по  дисциплине

«Концепции современного естествознания»

тема: «Механизмы репарации ДНК:

световая  и темновая репарации»

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

 

Введение           3

Световая и темновая репарации       4

Заключение          7

Литература           8

 

 

Введение

 

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.

 

Изучение механизмов репарации имеет большое значение, так как ряд наследственных болезней связан с нарушениями систем репарации, а также от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК. Примером наследственного заболевания, вызванного нарушением репарации, может быть пигментная ксеродерма — это заболевание кожи, проявляющееся в повышенной чувствительности к ультрафиолетовому облучению, обнаруживается в возрасте двух-трех лет и постоянно прогрессирует. Пигментная ксеродерма расценивается как предраковое состояние кожи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Световая  и темновая репарации

 

Начало изучению репарации  было положено работами А. Келнера (США), который в 1948 обнаружил явление фотореактивации (ФР) — уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом. Это явление получило название световой репарации.

 

Р. Сетлоу и К. Руперт (США) вскоре установили, что фотореактивация — это фотохимический процесс, протекающий с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта. (Тимин — одно из пяти азотистых оснований, присутствующих во всех живых организмах.)

 

 

Первоначально способность  к репарации была обнаружена у  бактерий, подвергавшихся воздействию  ультрафиолетового излучения. В  результате облучения целостность  молекул ДНК нарушалась, так как в ней возникали димеры, то есть сцепленные между собой соединения в области оснований.

 

Димеры образуются между различными азотистыми основаниями:

двумя тиминами; тимином и цитозином; двумя цитозинами; тимином и урацилом; двумя урацилами.

 

Азотистые основания, образующие димеры

Тимин

Цитозин

Урацил

 

Облученные клетки на свету выживали гораздо лучше, чем в темноте. После тщательного анализа причин было установлено, что в облученных клетках на свету происходит репарация. Она осуществляется специальным ферментом, активирующимся квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет возникшие в димерах связи и восстанавливает целостность нити ДНК.

 

Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая репарация — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой репарации облученных УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964 Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание поврежденных участков ДНК и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах.

 

Темновая репарация  осуществляется комплексом из пяти ферментов:

- узнающего химические изменения на участке цепи ДНК;

- осуществляющего вырезание поврежденного участка;

- удаляющего этот участок;

- синтезирующего новый участок по принципу комплементарности взамен удаленного фрагмента;

- соединяющего концы старой цепи и восстановленного участка.

 

При световой репарации исправляются повреждения, возникшие только под воздействием ультрафиолетовых лучей, при темновой - повреждения, появившиеся под влиянием жесткой радиации, химических веществ и других факторов. Вопрос о том, почему одни повреждения репарируются, а другие нет, остается открытым. Если репарация не наступает, то клетка либо гибнет, либо начинается мутация.

 

Таким образом, более чем полувековые исследования показали, что репарация повреждений ДНК обеспечивает поддержание стабильности генов, причем она основана на наличии двух цепей в ДНК. Именно благодаря этому повреждения в одной цепи могут репарироваться за счет информации неповрежденной цепи.

 

Системы репарации изучают не только на микроорганизмах, но также в клетках животных и человека. В этом случае исследуют культуры тканей. Метод заключается в том, что мелкие кусочки тканей помещают в среду, в которой клетки способны к автономному росту и, поддерживая температуру, свойственную организму, наблюдают их развитие и рост.

 

Следует отметить, что у различных индивидуумов наблюдаются генетические различия в активности репаративных ферментов и надёжности функционирования механизма ферментативного разрушения изменённого участка молекулы ДНК в целом. Также с увеличением возраста организма может наблюдаться снижение эффективности систем репарации и, как следствие, накопление повреждений ДНК.

 

В ряде работ установлена  положительная корреляция между  продолжительностью жизни вида и скоростью репарации ДНК, поврежденной ультрафиолетовым светом или радиацией.

 

 

Заключение

 

Репарация ДНК важна, так как большая часть повреждений блокирует передачу генетической информации последующему поколению. Повреждения, если их не устранить, могут сохраниться в геноме потомков и привести к драматическим изменениям в молекулах белков, ферментов, необходимых для поддержания жизнедеятельности клетки.

 

Биологическое значение репарации ДНК заключается в  резком снижении частоты мутаций, большинство  которых оказываются летальными или снижающими жизнеспособность организмов, вызывающими аномалии и обусловливающими тератогенез. Благодаря репарации ДНК повышается устойчивость генотипа организма к повреждающим факторам.

 

 

Литература

 

Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки: в трех томах. Москва: Мир, 1994.

 

Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения. Москва: Наука, 2003.

 

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