Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Образовавшаяся брешь заполняется новыми нуклеотидами. Эту функцию выполняет ДНК-полимераза I (см. с. 106), вслед за которой в действие вступает ДНК-лигаза.
Следует отметить, что природа оснований такова, что дезаминирование не остается незамеченным, поскольку возникают аномальные основания, распознаваемые ДНК-гликозилазами. Это обстоятельство может объяснить отсутствие урацила в составе ДНК, поскольку спонтанное дезаминирование цитозина дает урацил. Наиболее простой из пуринов — гипоксантин— специфически связывается с цитозином с образованием двух водородных связей. Но гипоксантин — продукт дезаминирования аденина. Гуанин образуется при добавлении к гипоксантину второй аминогруппы и уже не является продуктом дезаминирования. Так эволюция создала пару Г — Ц с тремя водородными связями.
Здесь следует отметить, что процесс репарации может объяснить присутствие, казалось бы, избыточной информации в ДНК- Если генетическая информация закодирована в одной из
цепей, то вторую цепь можно рассматривать как резервную, по которой информацию можно восстановить в процессе репарации. Лишь в крайнем случае, когда одновременно повреждаются оба основания в паре, в клетке не остается правильной копии для репаративного синтеза.
Ряд повреждений ДНК вызывает нарушения двойной спирали. К ним относится возникновение под действием ультрафиолета пиримидиновых димеров или нарушения в результате взаимодействия оснований ДНК с объемистыми углеводородами. Для репарации такого рода повреждений используется несколько иной путь. Повреждения распознаются и удаляются с участием фермента эндонуклеазы Uvr ABC. Этот фермент разрывает фосфодиэфирные связи с обоих концов поврежденного участка. Затем фермент хеликаза II удаляет поврежденный участок. Реакция сопряжена с гидролизом АТФ. И, наконец, ДНК-полимераза I застраивает образовавшуюся брешь.
SOS-репарация. В ответ на увеличение повреждений в ДНК клетка может мобилизовать дополнительные репаратив-ные ресурсы. Такая репарация называется индуцируемой. Она используется клеткой, когда повреждений в ДНК становится настолько много, что жизнь клетки поставлена под угрозу. Поэтому систему индуцируемой репарации называют SOS-системой, или системой SOS-репарации.
Индукция SOS-системы тонко настроена. При незначительных повреждениях возрастает уровень некоторых репаративных белков, работавших и до индукции. При увеличении числа повреждений блокируется деление клеток (при успешном устранении дефектов оно восстанавливается) и включается часть генов SOS-системы. При очень сильном повреждении ДНК включаются все гены репарации. При SOS-репарации специальные белки подавляют самокорректирующую активность ДНК-полимеразы III, давая ей возможность удлинять цепь ДНК, последний нуклеотид в которой не спарен с матрицей. Это дает возможность провести репликацию на поврежденной ДНК и спасти клетку ценой увеличения числа мутаций.
Репарация — процесс достаточно энергоемкий, поэтому индукция SOS-системы происходит только при условиях благоприятного энергетического баланса клетки. С другой стороны, степень индукции SOS-системы отражает степень неблагополучия генома, а значит, и шансы клетки на выживание. Например, для некоторых умеренных бактериофагов индукция SOS-системы является сигналом для размножения и уничтожения клетки-хозяина, чтобы спастись самому.
В результате ошибок репликации и репарации в ДНК могут находиться некомплементарные пары нуклеотидов. Такие нарушения также репарируются. Вся сложность здесь заключается в том, как отличить, в какой цепи правильный, а в какой неправильный нуклеотид, подлежащий замене на комплементарный правильному. Т. е. нужно уметь отличать старую и новосинтезированную цепи ДНК-
Некоторое время новая цепь ДНК может отличаться от матричной присутствием одноцепочечных разрывов или брешей, а также тем, что старая цепь метилирована, а вновь синтезированная ДНК полуметилирована.
Со временем ДНК метилируется полностью, но пока отличие существует, система репарации удаляет неспаренный нуклеотид на неметилированной цепи. Механизм репарации сходен с механизмом эксцизионной репарации.
Еще одни механизм репарации связан с рекомбинацией и будет рассмотрен в следующем параграфе.
2.5. РЕКОМБИНАЦИЯ
Механизм генетической рекомбинации включает в себя молекулярные процессы, которые приводят к перераспределению нуклеотидных последовательностей. Рекомбинация обусловливает большое число разнообразных биологических явлений. Однако события, приводящие к рекомбинации, делятся на два больших класса. Это общая рекомбинация и сайт-специфиче-ская рекомбинация.
Общая, или гомологичная, рекомбинация. Этот тип рекомбинации характерен для всех живых организмов. При гомологичной рекомбинации происходит обмен участками гомологичных, т. е. близких по нуклеотидной последовательности участков молекул ДНК- Классический пример общей рекомбинации— обмен участками гомологичных хромосом в мейозе.
У разных организмов последовательность событий, приводящих к рекомбинации, может быть различной, но в целом результаты общей рекомбинации всегда одинаковые: 1) две гомологичные двойные спирали разрываются, и концы одного гомолога соединяются с концами другого так, что получаются две. спирали ДНК со взаимозамещенными участками; 2) точка обмена может находиться в любом участке гомологичных молекул ДНК; 3) в точке обмена две молекулы ДНК соединяются ступенчато, а длина ступеньки может составлять до нескольких тысяч пар оснований; 4) в точке обмена ни один нуклеотид не
