Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Прямая и эксцизионная репарация. Наиболее простой путь репарации некоторых повреждений — прямая реактивация. Так, например, фермент метилтрансфераза может переносить метильную или этильную группу с алкилированного основания на один из собственных остатков цистеина. При этом фермент инактивируется, но сохраняет способность регулировать активность собственного гена.
Другой фермент — фотолиаза — репарирует пиримидиновые димеры, образовавшиеся под действием ультрафиолетового излучения (220—230 нм). В его состав входит короткая молекула РНК (10—15 нуклеотидов), без которой фермент теряет активность. Фотолиаза способна обнаружить пиримидиновый димер и прочно связаться с ним. В результате облучения образовавшегося комплекса видимым светом происходит фотохимическая реакция «расшивания» димера, т. е. разрушение специфических ковалентных связей. В результате этой фотохимической реакции восстанавливается нормальная структура ДНК и фермент теряет сродство к ней (рис. 2.7, а).
Прямая реактивация — это частный случай репарации. В клетке также функционирует универсальный механизм репарации, который называется эксцизионная репарация (рис. 2.7, б). Ее принцип заключается в следующем. Специфический фер-110
A
дезаминирование
^NH
ЦИТОЗИН
урацил
апурынизация
алкипирование
гуанин
О
е
О -метилгуанин
гуанин
формамидопиримидин
соседние термины ДНК
тиминовый димер
Рис. 2.6. Наиболее часто встречающиеся повреждения в ДНК (Апуринизация || дезаминирование происходят спонтанно. Алкилированне оснований — результат мутагенного воздействия Пиримидиновые димеры образуются под действием ультрафиолетового облучения)
УФ
I Пиримидиновый Ў ^ димер
УФ
J
Связывание фермента фотореактивации с димером
5'-
3'-
-3'
-5'
Инцизия (эндонуклеаза 11)
1
+фотореактиви-рующий свет
Эксцизия и ресинтез (ДНК-полимераза I)
i
Расщеппение 5' -димера 3’-
I
Освобождение фермента
Интактная ДНК
Сшивание
(полинуклеотид-
лигаза)
1
5‘-
3'-
1
i
Редупликация
а)
Редупликация
б)
УФ
1
5'-
3‘-
*
/ '
Редупликация
1
5'»
3'-
///
Рекомбинация
1
5'"
3'-
Ресинтез и сшивание
Репарированная ДНК
5'“
3‘"
5'и
3‘-
1
^vvw------3'
«•5'
-¦¦3'
¦---5'
Непрерывные дочерние нити ДНК
1
Редупликация
в)
Рис. 2.7. Схема механизмов репарации:
а — фотпреактинаиия; б—чксци.жоииая репарация, я — пострепликативпая репарация
мент удаляет измененное основание. Другой фермент узнает дезоксирибозу, не связанную с основанием, и разрывает фосфо-диэфирный остов с 3’- или с 5’-конца молекулы сахара, не связанной с основанием. Следующий фермент удаляет поврежденное основание вместе с прилежащими к нему основаниями в той же цепи ДНК- Затем ДНК-полимераза, пользуясь неповрежденной цепью ДНК как матрицей, синтезирует новый отрезок цепи. ДНК-лигаза завершает репарационный процесс, сшивая
остающийся одноцепочечный разрыв. Таким образом, часть одной из цепей ДНК, в которой было повреждение, удаляется и затем снова синтезируется в исходном виде, вследствие того, что вторая, неповрежденная, цепь служит матрицей для синтеза отрезка новой цепи. Значит, в процессе репарации, так же как и в репликации, используется механизм матричного синтеза в соответствии с принципом комплементарности.
Ферменты, узнающие дефектные основания в ДНК,называют ДНК-гликозилазами. У Е. coli, например, существует около 20 различных ферментов этого класса. Каждый из них узнает какой-нибудь один тип измененных оснований и катализирует гидролитическое отщепление такого основания от дезоксирибо-зы. В их число входят ферменты, отщепляющие дезаминированные цитозин или аденин, алкилированные основания различных типов, основания с разомкнутым кольцом и основания, в которых углерод-углеродная связь заменена простой. Практически на каждое аномальное основание, которое может возникнуть в ДНК, существует своя N-гликозилаза.
Дальше в работу вступают АР-эндонуклеазы, разрывающие сахарофосфатный остов в АР (апуриновом или апиримидино-вом) сайте. Существует два типа этих ферментов, один из которых разрывает фосфодиэфирную связь с З’-конца, а другая — с 5’-конца от АР-сайта. Затем экзонуклеаза удаляет поврежденный участок вместе с неповрежденными нуклеотидами. В некоторых случаях эту функцию выполняет ДНК-полимераза I, обладающая 5’-экзонуклеазной активностью.
