Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
концентрации свободных, не включенных в
3. Темновая репарация
299
состав ДНК димеров в цитоплазме. При этом вырезанные пиримидиновые димеры
обнаруживаются в кислоторастворимой фракции цитоплазмы. Вещества,
ингибирующие работу ферментов темновой репарации,- кофеин, акридиновые
красители, липиды - резко повышают фоточувствительность клеток.
Впервые на существование в клетке темновой репарации указали в 1964 г.
Сетлоу и Кэрие, Бойс и Ховард-
h)>
I
-* *-
-# *-
1 - 3
1
4 ------- 4
Рис. 56. Эксцизионная темновая репарация:
/ - образование в цепи ДНК фотохимического повреждения; 2 - обнаружение
повреждения и разрез иити с помощью коррендонуклеазы II; 3 - вырезание
поврежденного фрагмента и комплементарная застройка дефекта с помощью
ДНК-полимеразы I; 4 - замыкание концов нити с помощью полинуклеотидли-
газы
Рис. 57. Пострепликативная репарация:
1 - образование фотоповреждений в нитях ДНК; 2 - репликация ДНК с
образованием в дочерних нитях брешей, комплементарных фотопродуктам; 3 -
генетический обмен (заполнение пробелов в сестринских нитях за счет
материала материнских нитей); 4 - комплементарная застройка пробелов в
материнских иитях
Фландерс. К настоящему времени выявлено, по крайней мере, три основных
типа темновой репарации - эксцизионная, пострепликативная и так
называемая SOS-репарация. В эксцизионной репарации выделяют четыре
основные стадии (рис. 56): 1) обнаружение, места по-
300 Глава XVII. Репарация фотоповреждений в клетке
вреждения и разрез одной из нитей ДНК; 2) вырезание поврежденного
фрагмента полинуклеотидной цепи и расширение бреши; 3) комплементарная
застройка дефекта по матрице оставшейся нити ДНК; 4) восстановление
целостности полинуклеотидной цепи путем соединения концов. Разрез
полинуклеотидной цепи около места повреждения осуществляется с помощью
фермента кор-рендонуклеазы II - продукта генов uvr А и uvr В Е. coli.
Вырезание поврежденного фрагмента с последующим расширением бреши и ее
застройкой (репаративный синтез) происходит с помощью ДНК-полимеразы I с
участием продуктов генов uvr С, uvr Е и mfd. Наконец, фермент
полинуклеотидлигаза катализирует замыкание концов нити ДНК с
восстановлением исходной структуры. Считается, что в процессе
эксцизионной репарации могут принимать участие ДНК-полимераза II и ДНК-
полиме-раза III. Некоторые ферменты темновой репарации выделены из
микробных клеток и изучены in vitro. Генетические методы позволили также
получить различные мутанты, дефицитные по отдельным ферментам темновой
репарации.
Необходимо подчеркнуть, что описанные стадии темновой репарации
происходят перед репликацией ДНК (делением клеток) и независимо от нее.
Поэтому этот механизм получил также название предрепликативной репарации.
Наряду с ним существует н другой механизм - пост-репликативная репарация
(рис. 57), требующая продуктов гена гес А. Основные особенности
пострепликатив-ной репарации сводятся к двум моментам: 1) восстановление
дефектов происходит не до, а после репликации ДНК: нити, содержащие
димеры или другие повреждения, вовлекаются в процесс репликации с
возникновением разрывов у дочерней ДНК, расположенных против поврежденных
участков материнской комплементарной матрицы; 2) застройка дефектов у
дочерней ДНК происходит в ходе рекомбинационных процессов с
использованием информации в неповрежденной нити ДНК. Обязательное условие
успешной репарации - наличие против бреши интактного участка второй
комплементарной нити ДНК.
Таким образом, в ходе пострепликативной репарации
3. Темновая репарация
301
вообще не происходит вырезание димеров или других фотохимических
повреждений.
Пострепликативный механизм репарации обеспечивает выживание клетки даже
при наличии в ее геноме до 100 пиримидиновых димеров. На основе этого
механизма легко объясняется факт сохранения димеров в ДНК у
чувствительных к УФ-свету мутантов на протяжении нескольких циклов
репликации. Как и предрепликатив-ная, пострепликативная репарация
определяется набором специфических ферментов.
Следует отметить, что к настоящему времени в экспериментах с Е. coli
накоплено большое число фактов, которые невозможно объяснить с помощью
двух рассмотренных выше механизмов темновой репарации. Например, каким
образом происходит восстановление ДНК при повреждении противолежащих
участков обеих ее нитей, когда вообще отсутствует матрица для застройки
возникающих на их месте брешей. Этот и другие факты стимулировали
выдвижение представлений о новом гипотетическом механизме - SOS-репарации
(SOS - международный сигнал бедствия) или иидуцибельной репарации с
ошибками.
Данный механизм начинает функционировать в тех случаях, когда клетке
грозит гибель из-за неспособности обычных, эксцизиоииой и
пострепликативной, систем устранить брешь, противолежащую фотопродукту в
комплементарной цепи ДНК, и перекрывающиеся бреши в сестринских цепях. В
этих условиях в клетке появляется особый тип ДНК-полимеразы - SOS-
