О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
“Редактирующие” ферменты действуют сходным образом. По мере добавления нуклеотидов к растущей цепи ДНК фермент проверяет, комплементарны ли они соответствующим нуклеотидам матрицы. Если все правильно, рост цепи продолжается, а если нет, то ошибочно присоединенный нуклеотид удаляется с последующей заменой его другим.
При такой проверке фермент, конечно, не “соображает” что надо делать, как это могло бы на первый взгляд показаться. Когда он взаимодействует или связывается с чем-то, это просто вызывает изменение в его структуре, что в свою очередь влияет на его активность.
Фактически происходит вот что: “редактирующий” фермент связывается с последним из присоединенных нуклеотидов, и если основания в этом нуклеотиде и в матрице комплементарны, т. е. подходят друг к другу, то создается конфигурация, способная взаимодействовать с ферментом; при этом взаимодействии изменяется конфигурация самого фермента и он отделяется от растущей цепи ДНК. В результате цепь остается неизменной — такой, какой она была синтезирована.
Если основания не комплементарны, то они не могут “правильно” взаимодействовать с ферментом. Его молекула приобретает тогда иную форму, он активируется и вырезает неподходящий концевой нуклеотид. Сходным образом действуют и репаративные ферменты, когда проверяют комплементарность между противолежащими участками двух цепей ДНК.
Значение репарации
Насколько важно для клетки уметь исправлять дефекты в своей ДНК? Ответ на этот вопрос можно получить, спросив саму клетку, придает ли она репарации большое значение. Ответ бактериальной клетки будет таков: да, значительно больше одного процента (а возможно, несколько процентов) из двух тысяч ее генов кодируют белки, участвующие в репарации; значит, это весьма важная функция.
Еще более ясный ответ мы получим, если понаблюдаем за последствиями нарушения репаративной системы. У человека известно заболевание пигментная ксеродерма, встречающаяся с частотой 1 на 200000 населения в Европе и Северной Америке и 1 на 40 000 — в Японии. Оно, видимо, вызывается мутацией в гене фермента ДНК-репаразы в клетках кожи. В норме этот фермент удаляет из ДНК остатки тимина (Т), поврежденные ультрафиолетовыми лучами. У гомозиготного организма, получившего дефектный ген и от отца, и от матери, эффективность удаления тимина сильно понижена. Наиболее заметные проявления этой болезни — сухая, покрытая пятнами и чрезвычайно чувствительная к солнцу кожа, большая предрасположенность к раку кожи, а также неврологические симптомы. Некоторые клетки (фибробласты) больных обладают повышенной чувствительностью к действию веществ, среди которых азотистый аналог иприта, известного боевого отравляющего вещества, который вызывает повреждения, взаимодействуя с основаниями ДНК. По-видимому, удаление таких присоединившихся к ДИК групп тоже затруднено.
Существует и ряд других наследственных болезней, к счастью довольно редких, которые, видимо, обусловлены врожденными дефектами системы репарации ДНК. Поскольку в всех этих случаях некоторая репарация все же происходит, ясно, что полное ее отсутствие, вероятнее всего, несовместимо с жизнью, даже у бактерий.
Отметим, что “редактирование” и “исправление” ДНК возможны только потому, что информация в ее цепях дублирована: если она теряется в одной цепи, то может быть восстановлена на основе другой, неповрежденной цепи. Это понятно, так как информация не может появиться ниоткуда. Далее, репаративная система сама не свободна от ошибок. Иногда может случиться, что будет вырезан “верный” участок и вставлен вместо него “неверный”, так что абсолютно безошибочная репарация невозможна. Хотя большинство поврежденных участков ДНК восстанавливается правильно, какая-то часть дефектов неизбежно остается. Процесс репарации лишь замедляет, но не устраняет накопление ошибок.
Репарация ДНК и эволюция старения
В результате многих исследований теория, объясняющая старение накоплением дефектов в ДНК, приобрела сейчас значительную популярность. Согласно этой теории, генетический материал клеток, в особенности незаменимых, постоянно повреждается, и эти повреждения хотя и сводятся к минимуму, но не устраняются полностью ферментами репарации. Видовая продолжительность жизни различна потому, что эволюция, так сказать, решила, какие сроки оптимальны для тех или иных видов, и контролирует это двумя способами. Во-первых, она дала каждому виду средства репарации подходящей для него — большей или меньшей — эффективности, поддерживающие жизнь. Во-вторых, она всегда может повысить или понизить роль факторов, вызывающих повреждения ДНК. Тогда продолжительность жизни будет определяться размерами повреждений и эффективностью их устранения. Регулирующая все это система может быть весьма сложной, как и многие другие биологические системы. Отбросив детали, можно заключить: весьма вероятно, что старение и смерть надо рассматривать как следствие накопления ошибок в ДНК.
Глава 17
Сохранение генетической информации
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ. Хотя иногда новые мутантные гены могут способствовать появлению более приспособленных особей, в большинстве своем это вредные, а нередко и летальные гены; поэтому мутационный процесс постоянно “портит” и разрушает генетическую информацию. Жизнь тем не менее продолжается, так как подобные мутантные гены удаляются из популяции в процессе отбора.
