Устойчивость и репарация генетического материала

Устойчивость генетического материала обеспечивается:

• диплоидным набором хромосом;
• двойной спиралью ДНК;
• вырожденностью (избыточностью) генетического кода;
• повтором некоторых генов;
• репарацией нарушений структуры ДНК.

Репарация генетического материала – это внутриклеточный процесс, обеспечивающий восстановление поврежденной структуры молекулы ДНК. Нарушения могут быть вызваны повреждениями азотистых оснований, разрывом одной или двух нитей молекулы, вставками или выпадениями нуклеотидов, сшивками нитей ДНК. Различают репарацию:

1) дорепликативную (до удвоениямолекулы ДНК),

2) репликативную (в процессе удвоения),

3) пострепликативную (после удвоения).

Впервые возможность репарации молекулы ДНК была установлена в 1948 г. А. Кельнером, К. Руперт (1962) описал один из способов репарации – фотореактивацию. Было выявлено, что при ультрафиолетовом облучении фагов, бактерий и протистов наблюдается резкое снижение их жизнеспособности. Однако выживаемость их значительно повышается, если на них дополнительно воздействовать видимым светом. Оказалось, что под действием ультрафиолета в молекуле ДНК образуются димеры (химические связи между двумя пиримидиновыми основаниями одной цепочки, чаще (Т-Т), что препятствует считыванию информации. Видимый свет активирует фермент фотолиазу, разрушающий димеры.

Темновая (эксцизионная) репарация была изучена А. Герреном в 50-е годы. Она заключается в нахождении и удалении поврежденного участка нити ДНК путем его "вырезания", в синтезе и вставке нового фрагмента с участием ферментов. Темновая репарация протекает в 4 стадии (рис. 25):

1) эндонуклеаза "узнает" поврежденный участок и рядом с ним разрывает нить ДНК;

2) экзонуклеаза "вырезает" поврежденный участок;

3) ДНК-полимераза по принципу комплементарности синтезирует фрагмент ДНК на месте разрушенного;

4) лигаза "сшивает" концы ресинтезированного участка с основной нитью ДНК.

Нарушение процессов репарации приводит к ряду заболеваний. У больных пигментной ксеродермой под действием солнечного света появляются веснушки, расширяются капилляры, ороговевает эпидермис, поражаются глаза, развиваются злокачественные опухоли кожи. При анемии Фанкони наблюдается недостаточность функций костного мозга, приводящая к снижению содержания всех клеток крови и гиперпигментации.

Рис. 25. Схема темновой репарации молекулы ДНК:

1 - поврежденная молекула ДНК; 2 - эндонуклеаза разрывает поврежденную цепь ДНК; 3 - экзонуклеаза "вырезает" поврежденный участок; 4 - ДНК-полимераза синтезирует новый фрагмент ДНК; 5 - лигаза его "вшивает"