Процесс возникновения мутаций. Репарация мутаций

В 1925 году Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов наблюдали широкий спектр мутаций у грибов, вызванных воздействием лучами радия. Широкий интерес у биологов вызвали сообщения Г. Меллера, обнаружившего мутационное действие рентгеновых лучей у дрозофилы. В дальнейшем у нее при облучении стали получать самые разнообразные мутации, что способствовало изучению строения генетического материала, взаимодействия мутантных генов и др. В начале 30х годов Сахаров, Лобашов открыли мутагенное действие отдельных химических веществ. Рапопорт в России и Ауэрбах в Англии обнаружили химические соединения с сильным мутагенным действием. В ряде работ, начало которых положено Гершензоном, показана возможность индуцирования генных и хромосомных мутаций у животных биологическими агентами, среди которых вирусы, бактерии и другие объекты.

Повреждения в ДНК, возникающие спонтанно или индуцированно, не всегда реализуются в виде мутаций. Часть из них устраняется или исправляется с помощью специальных репарирующих ферментов, содержащихся в клетках. Основные механизмы репарации:

1. фоторепарация. Процесс протекает под влиянием видимого света и фотореактивирующего фермента.

2. Репарация в молекуле ДНК путем механизма «вырезание - застройка» (темновая репарация)

3. Эксцизионная репарация (пререпликативная)

4. Репарация однонитевых разрывов в ДНК при действии лигаз

5. Пострепликативная, или рекомбинационная, репарация

Наиболее изучены первые два механизма репарации. Так, механизм фоторепарации заключается в устранении видимым светом димеров тимина, часто возникающих под действием ультрафиолетовых лучей. Это происходит с помощью особого фотореактивирующего фермента. Видимый свет активирует молекулу фермента, она отделяется от димера тимина и разъединяет его на два отдельных тимина.Так восстанавливается нормальная структура ДНК.

Темновая репарация протекает с помощью нескольких ферментов, под действием которых последовательно происходят надрезание, выщепление, расширение бреши, репаративная репликация и сшивание концов молекулы ДНК. Эти два механизма репарации устраняют дефекты в ДНК в основном до стадии репликации.

Изучен механизм удаления (эксцизии) измененных участков ДНК у мутантов с дефектами систем репарации.

Процесс пострепликативной репарации выражен не только после облучения ультрафиолетовыми лучами, но и после воздействия химическими мутагенами.

Спонтанные и индуцированные мутации фиксируются в клетках в случаях повреждений в системах репарирующих ферментов. Первичные мутационные повреждения систем репарации и связанных с ними систем репликации и рекомбинации, возникшие в результате ошибок ферментов, получили название ошибок репараций. Этот источник составляет существенную долю спонтанных первичных повреждений. Многие мутагены действуют не прямо на ДНК, а через компоненты систем репарации, репликации и рекомбинации.