Биология - Ярыгин В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Репарация или коррекция молекулярных нарушений структуры ДНК приводит к устранению из наследственного материала клетки измененного участка. Молекулярные нарушения ДНК, вызываемые различными физическими и химическими факторами, устраняются разными путями. Более универсальной является система «репарации путем вы резани я», которая состоит из следующих этапов (рис. 66): а) разрыв молекулы ДНК в месте повреждения с сохранением целостности комплементарной молекулы на этом участке; б) удаление (вырезание) зоны повреждения с расширением дефекта в обе стороны; в) синтез фрагмента ДНК («заплаты») на месте разрушенного; г) восстановление непрерывности
Зона повреждения
Насечна эндонуклеазой
г
Т I" I ГТ I I I I I I I I I П I I I Г I I I I атцаггтцттацгт аггг аацтцц
ТАГТЦЦАГААТГЦАТЦЦЦТТГАГГ
JLL
„Состригание44 I
эндонуклеазами /V L \ ч
Ч Ч Ч Ч ХЛ Л чЧЛЧЧУУЧЧ
I I II Г I I II II I II I
А Т Ц А Г Г Т
АЦГТАГГГ
' IIII III II III III II II III III IIII III III III IIII
ТАГТЦЦАГААТГЦАТЦЦЦТТ
I I 1 1 I I I I I I I II II I I I I I
I I I II
ААЦТЦЦ
Г А Г Г
ДНК-
*
полимераза - синтез----
А Т Ц
Т А
Г Т Ц Ц А Г
Ц..1 1.1.1.
II И I I I I I II I I I
АЦГТАГГ Г ААЦТЦЦ
ААТГЦАТЦЦЦТТГ АГГ
Сшивание лигазой
репарируемой молекулы
днк.
Описанным способом из молекулы ДНК устраняются, например, пиримидиновые димеры (ТТ, ТЦ, ЦЦ), которые образуются под действием УФ-облучения. Эта система репарации функционирует в клетках человека, а ее генетический дефект, заключающийся в нарушении первого, этапа, приводит к заболеванию пигментной ксеродермой. У таких пациентов часто наблюдаются изменения ДНК и хромосом при действии солнечных лучей. В клетках эукариот обнаружены две разные системы «репарации путем вырезания», которые устраняют дефекты различной природы, отличаются протяженностью разрушаемого фрагмента ДНК и длительностью процесса репараций — 1—24 ч и 100 нуклеотидов, 5 мин — 2 ч и 3—4 нуклеотида соответственно. У эукариот найдена также система «пострепликативной репара ц и и», которая функционирует в синтетическом периоде митотического цикла. В процессе предмитотического синтеза участки молекулы ДНК имеющие, например, тимидиновые димеры — Т — Т —, не редуплицируются и на их месте образуются бреши. Недостающие фрагменты достраиваются с использованием в качестве матрицы нормальной молекулы ДНК. Это позволяет «обойти» поврежденный участок и избежать наследования первичного мутационного изменения дочерними клетками.
Эффективность репарации и других антимутационных барьеров с достаточной точностью не определена. Она зависит от природы повреждений ДНК и состояния клеток. Так, в клетках почек сирийского хомячка удаляется до 70% измененных нуклеотидов. Длительное культивирование этих клеток вне организма подавляет репаративные процессы.
АТЦАГГТЦТ
I I I I I I I I I I II I I I
ТАЦГ Т АГГ Г ААЦТЦЦ
Т А Г Т Ц Ц А
I I II I I I
Г ААТГЦАТЦЦЦТТ ГА ГГ
1 I I 1 I I I I I И 1 I I I I I
Рис. 66. Этапы репарации Объяснение в тексте.
ДНК путем вырезания.
5.3.4. Хромосомные мутации
Хромосомные мутации, хромосомные перестройки или аберрации заключаются в изменении количества или перераспределении наследственного материала хромосом. Их рассматривают как рекомбинации генов, имеющие в отличие от мейотической рекомбинации нерегулярный характер. Некоторые виды таких мутаций диагностируются по изменению морфологии метафазных хромосом с помощью микроскопа. Перестройки подразделяют на внутрихромосомные и меж хромосомные.
Внутрихромосомные перестройки (рис. 67) заключаются в утрате части хромосомы (д е л е ц и я), удвоении или умножении некоторых ее участков (дупликация), повороте фрагмента хромосомы на 180° с изменением последовательности расположения генов (инверсия). Дупликации и делеции приводят к изменению дозы генов, поэтому их рассматривают также как частичные три- или моносомии по соответствующим хромосомам. При межхромосомных перестройках негомологичные хромосомы обмениваются участками, т. е. происходит транслокация наследственного материала. Часты комбинированные нарушения морфологии хромосом, например сочетание делеции и транслокации. Некоторые виды хромосомных аберраций приводят к изменению генного состава групп сцепления (делеции, дупликации, транслокации), другие (инверсии) — нет. Во втором случае отклонения в фенотипе мутанта обусловливаются эффектом положения, а частота хромосомных перестроек зависит от влияния внешних факторов и состояния организма. Механизмы возникновения разных видов мутаций различны, однако во всех случаях имеет место разрыв хромосомы с возможным соединением фрагментов в последующем. К хромосомным мутациям приводит первичное изменение физико-химического состояния вещества хромосомы.
При индукции хромосомных аберраций ионизирующим излучением повреждения хромосом, вопреки теоретическим ожиданиям, распределяются неслучайным образом. Наблюдается предпочтительная локализация разрывов в гетерохроматиновых участках. Избирательное распределение мутаций в еще большей степени наблюдается при химическом мутагенезе.
