7. Организация генома у прокариот и эукариот. Классификация нуклеотидных последовательностей в геноме эукариот

8. Репарация как механизм поддержания клеточного гомеостаза. Виды репараций

Для поддержания главных характеристик клетки или организма на протяжении их жизни наследственный материал должен отличаться устойчивостью к внешним воздействиям, а также должны существоватьмеханизмы коррекциивозникающих в нем изменений. Третьим фактором поддержания клеточного гомеостаза являетсяточность копирования ДНКв процессе ее репликации.

ДНК – химически инертное вещество.

При удвоении ДНК ошибки возникают в среднем с частотой 1·10^-6комплементарных пар оснований.

Высокая точность репликации заслуга фермента ДНК-полимеразы. Частота включения неправильных нуклеотидов на этой стадии составляет 1·10^-5пар

оснований.

Ошибки в работе ДНК-полимеразы связаны с возникновением измененных форм азотистых оснований, которые образуют «незаконные» пары с основаниями материнской цепи. В этой ситуации включается механизм самокоррекции, осуществляемый ферментом — редактирующей эндонуклеазой. Следствием самокоррекции является снижение частоты ошибок в 10 раз (с 10-5 до 10-6)

И все же в ДНК обнаруживаются ошибки:

• при нарушении концентрации четырех нуклеозидтрифосфатов в окружающем субстрате

• в результате спонтанно происходящих процессов (потеря пуриновых оснований — аденина и гуанина (апуринизацией) или дезаминированием цитозина, который превращается в урацил)

• основания могут изменяться под влиянием реакционноспособных соединений

• действие ультрафиолетового излучения (образование ковалентной связи между двумя соседними остатками тимина в ДНК – димеры тимина)

Большинство изменений такого рода устраняется благодаря действию механизма репарации– восстановление молекулярной структуры поврежденной молекулы ДНК с помощью ФК.

Разновидности репараций:

1. Дорепликативная(эксцизионная, вырезающая) – фермент эндонуклеаза опознает поврежденный участок, фермент экзонуклеаза вырезает его, ДНК-полимераза синтезирует недостающий фрагмент, ДНК-лигаза сшивает его с исходной нитью

2. Пострепликативная- восстановление целостности полинуклеотидной цепи одной из дочерних ДНК осуществляется благодаря рекомбинации с соответствующей ей нормальной материнской цепью другой дочерней ДНК. Образовавшийся в материнской цепи пробел заполняется затем путем синтеза на комплементарной ей полинуклеотидной цепи

3. Фоторепарация– разрыв димеров тимина ферментом, активизируемым видимым светом

4. Репликативная– репарация в ходе репликации цепочек ДНК (фермент – редактирующая эндонуклеаза)

Если в клетке, несмотря на осуществляемую репарацию, количество повреждений структуры ДНК остается высоким, в ней блокируются процессы репликации ДНК.

Совместное действие ферментов репликации и ферментов репарации обеспечивает достаточно низкую частоту ошибок в молекулах ДНК (1 · 10^-9пар измененных нуклеотидов на геном). При размере генома человека 3 · 10⁹нуклеотидных пар это означает появление около 3 ошибок на реплицирующийся геном.