Репарация генетического материала. Дорепликативная репарация световая. Темновая эксцизионная репарация. Примеры. Мутации, связанные с нарушением репарации. Мутон.

Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.


Световая репарация.


Начало изучению репарации было положено работами А. Келнера США, который в 1948 обнаружил явление фотореактивации ФР — уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми УФ лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом световая репарация. В 1958 году была выделена фотолиаза, осуществляющая фотореактивацию.

Механизм: под влияние УФ-лучей образуются димеры пиримидиновых оснований тимина, цитозина, тимино — цитозиновые. Фотолиаза расщепляет вновь образующиеся связи между пиримидиновыми основаниями и восстанавливает структуру ДНК. Свет активирует фотолиазу, которая узнает димеры облученной ДНК, присоединяется к ним и разрывает возникающие связи.

Темновая репарация.


Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая Р. — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой Р. облученных УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964 Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном США. Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание поврежденных участков ДНК с измененными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах. Специфические ферменты узнают поврежденный участок ДНК и вырезают его.

Различают дорепликативную репарацию, которая завершается до начала репликации хромосомы в поврежденной клетке, и пострепликативную репарацию, протекающую после завершения удвоения хромосомы и направленную на ликвидацию повреждений как в старых, так и в новых, дочерних молекулах ДНК. Считается, что у бактерий в пострепликативной репарации важная роль принадлежит процессу генетической рекомбинации.


Мутон — обычно определяется как единица мутации.


При возникновении спонтанной или индуцированной мутации в пределах структурного гена цистрона аминокислотный состав синтезируемого белка может измениться; иногда изменение в молекуле белка касается лишь одного аминокислотного остатка. Таким образом мутону, как единице мутации соответствует триплет ДНК, состоящий из трёх нуклеотидов, то есть кодон.


Однако, если мутация связана с изменением не одного, а нескольких аминокислотных остатков в молекуле белка, то тогда мутону будет соответствовать не один, а несколько триплетов, входящих в состав цистрона ответственного за синтез данного белка.

Рекон — наименьший неделимый элемент в нитевидной структуре ДНК, который может быть подвержен спонтанной или индуцированной мутации.


Мутации подвергается участок ДНК, ответственный за синтез определённого белка — цистрон. Сам цистрон состоит из более мелких единиц мутации — мутонов соответствует кодону — триплету, кодирующему аминокислоты. Однако, мутация может затронуть и отдельный нуклеотид, являющийся элементарной единицей

генетической информации. В терминах классической генетики эти единицы соответствуют реконам.

Мутации

Считается, что нарушение механизмов репарации ДНК в целом приводит к различным патологическим процессам, в число которых входят канцерогенез, дефекты развития и старение. На сегодняшний день известен ряд наследственных заболеваний, причиной которых служат нарушение репарации ДНК. Дефекты системы эксцизионной репарации нуклеотидов приводят к возникновению пигментной ксеродермы, синдрома Кокейна и трихотиодистрофии. Наследственный неполипозный рак толстой кишки может вызываться мутациями некоторых генов системы репарации гетеродуплексов. Многие синдромы предрасположенности к онкологическим заболеваниям — ретинобластома, семейный аденоматозный полипоз и т.п. — связаны с нарушениями систем ответа на повреждение ДНК.


№32 Репарация генетического материала. SOS — репарация. Пострепликативная репарация.

Репарация генетическая — процесс устранения генетических повреждений и восстановления наследственного аппарата, протекающий в клетках живых организмов под действием специальных ферментов.

SOS-репарация


При ней индуцируется синтез белка, который присоединяется к ДНК — полимеразному комплексу и делает возможным строить дочернюю ДНК напротив дефектных звеньев матричной цепи. В результате ДНК удвоена, с ошибкой, но это дает провести клеточное деление.


Пострепликативная репарация


Tип репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка

RecA.

Пострепликативная репарация была открыта в клетках E.Coli, не способных выщемлять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

Характеристика наследственного материала в митотическом цикле клетки. Химический состав и структурная организация хроматина. Морфология хромосом. Хромосомы типа ламповых щеток. Полимерные хромосомы.

Характеристика наследственного материала в митотическом цикле клетки


Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:


1.Период клеточного роста, называемый интерфаза, во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.


2.Периода клеточного деления, называемый фаза М от слова mitosis — митоз.


Интерфаза состоит из нескольких периодов:


G1-фазы от англ. gap — промежуток, или фазы начального роста, во время которой идет рост клеток, синтез белков, РНК, происходит подготовка клеток к синтезу ДНК, повышается активность ферментов

S-фазы от англ. synthesis — синтез, во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит репликация молекул ДНК, синтез белков — гистонов.


G2-фазы, происходит синтез РНК, накапливается энергия в молекулах АТФ, завершается удвоение центриолей, митохондрий, пластид, синтезируются белки, заканчивается рост клетки.


Митоз:

1.Профаза. Ранняя профаза. В клетке плазматическая мембрана на фотографии имеет красный цвет исчезает ядерная оболочка, нити микротрубочек зеленые начинают формировать митотический аппарат веретено деления, хроматин комплекс ДНК и белков-гистонов, на фотографии — голубые пятна начинает конденсироваться и, спирализуясь, превращаться в хромосомы. Поздняя профаза. Продолжается формирование хромосом из хроматина, на полюсах бывшего ядра формируются центры митотического аппарата, между которыми протягиваются микротрубочки нитей веретена деления.

2.Метафаза. Хромосомы располагаются по экватору бывшего ядра, прикрепляясь своими центромерами первичными перетяжками к нитям митотического аппарата. Начинается формирование метафазной пластинки. Заканчивается формирование метафазной пластинки. Именно на этой стадии клеточного деления, блокировав дальнейшее расхождение хромосом при помощи определенных алкалоидов, например, колхицина, изучают кариотип набор хромосом, присущий данному организму или виду.


3.Анафаза. Хромосомы разрываются в месте соединения по центромере и хроматиды начинают движение к

противоположным полюсам клетки: от каждой хромосомы одна хроматида движется к одному полюсу, другая — к другому. Хроматиды теперь можно назвать сестринскими хромосомами, т.к. они теперь действительно обретают самостоятельность, становятся самостоятельными хромосомами, которые попадут в разные клетки.

Заканчивается расхождение хроматид к полюсам клетки. Именно на этом этапе клеточного цикла происходит равномерное распределение наследственной информации материнской клетки между дочерними клетками.

4.Телофаза. Хромосомы концентрируются на противоположных полюсах клетки. Начинается десприрализация хромосом, постепенно начинает формироваться ядерная оболочка.


Хроматин


Структурная организация

Нуклеосомиая нить.

Этот уровень организации хроматина обеспечивается четырьмя видами нуклеосомных гистонов: Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Они образуют напоминающие по форме шайбу белковые тела — коры, состоящие из восьми молекул.


Молекула ДНК комплектируется с белковыми корами, спирально накручиваясь на них. При этом в контакте с каждым кором оказывается участок ДНК, состоящий из 146 пар нуклеотидов. Свободные от контакта с белковыми телами участки ДНК называют связующими или линкерными. Отрезок молекулы ДНК длиной около 200 п. н. вместе с белковым кором составляет нуклеосому. Благодаря такой организации в основе структуры хроматина лежит нить, представляющая собой цепочку повторяющихся единиц — нуклеосом.

Вдоль нуклеосомной нити, напоминающей цепочку бус, имеются области ДНК, свободные от белковых тел. Эти области, расположенные с интервалами в несколько тысяч пар нуклеотидов, играют важную роль в дальнейшей упаковке хроматина, так как содержат нуклеотидные последовательности, специфически узнаваемые различными негистоновыми белками.


Хроматиновая фибрилла.

Дальнейшая компактизация нуклеосомной нити обеспечивается пистоном HI, который, соединяясь с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами, сближает их друг с другом. В результате образуется более компактная структура, построенная, возможно, по типу соленоида. Такая Хроматиновая фибрилла, называемая также элементарной, имеет диаметр 20-30 нм.
Интерфазная хромонема.

Следующий уровень структурной организации генетического материала обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли. В их образовании, по-видимому, принимают участие негистоновые белки, которые способны узнавать специфические нуклеотидные последовательности вненуклеосомной ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участки с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. В результате такой упаковки хроматиновая фибрилла диаметром 20-30 нм преобразуется в структуру диаметром 100-200 нм, называемую интерфазной хромонемой.


Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации, образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацией. Они выявляются в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина.


Морфология хромосом 


Первичная перетяжка 


Хромосомная перетяжка, в которой локализуется центромера и которая делит хромосому на плечи.

Вторичные перетяжки


Морфологический признак, позволяющий идентифицировать отдельные хромосомы в наборе. От первичной перетяжки отличаются отсутствием заметного угла между сегментами хромосомы. Вторичные перетяжки бывают короткими и длинными и локализуются в разных точках по длине хромосомы. У человека это 9, 13, 14, 15, 21 и 22 хромосомы.


Типы строения хромосом


Различают четыре типа строения хромосом


Телоцентрические палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце

Акроцентрические палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом Субметацентрические с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L Метацентрические V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины.

Тип хромосом является постоянным для каждой гомологичной хромосомы и может быть постоянным у всех представителей одного вида или рода.

Date: 2016-07-25; view: 2772; Нарушение авторских прав