Основы биохимии Том 3 - А. Ленинджер 1985

Молекулярные механизмы передачи генетической информации
Еще о генах: репарация, мутации, рекомбинация и клонирование
Участки, поврежденные под действием ультрафиолетового излучения, могут быть вырезаны и исправлены

Под действием ультрафиолетового излучения между двумя соседними пиримидиновыми остатками (чаще всего это два соседних тимина) в бактериальной ДНК может возникать ковалентная связь, в результате чего образуется димер (рис. 30-1). Если не устранить повреждение и не восстановить нормальную структуру ДНК, то образовавшийся тиминовый димер может оказаться непреодолимым препятствием для ДНК-полимеразы при репликации той части цепи, которая находится за димером. В действительности в клетке существует механизм устранения повреждения (репарации). Тиминовые димеры вырезаются, и брешь заделывается в результате последовательного участия четырех ферментов (рис. 30-2). Первый из них, называемый УФ-эндонуклеазой, расщепляет поврежденную цепь с 5'-стороны от тиминового димера. Второй фермент - ДНК-полимераза I - достраивает к открытому 3'-концу этой цепи соответствующие дезоксирибонуклеотиды, образуя короткий отрезок ДНК, комплементарный матричной цепи. В ходе этого синтеза цепь, содержащая тиминовый димер, вытесняется. На третьей стадии эндонуклеаза вырезает дефектный участок. И, наконец, на четвертой под действием ДНК-лигазы происходит присоединение “заплатки” новосинтезированной комплементарной ДНК к разорванной цепи (рис. 30-2).

Рис. 30-1. Образование тиминового димера под действием ультрафиолетового облучения.

Между двумя соседними остатками тимина, расположенными в одной цепи ДНК, образуются две новые углерод-углеродные связи (отмечены красным цветом). А. Структура димера изображена в плоскости, но лучше ее рассмотреть в трехмерной проекции, как она показана на рис. Б, где четырехчленное кольцо, образованное двумя новыми связями, закрашено.

Пиримидиновые димеры возникают и репарируются не только в УФ-облученных бактериях, но и в клетках кожи людей, подвергшихся действию открытого солнечного света. Однако при пигментной ксеродерме - редком заболевании человека, механизм ферментативной репарации ультрафиолетовых повреждений генетически нарушен. В этих условиях кожа оказывается чрезвычайно чувствительной к солнечному свету. Она становится очень сухой и тонкой, пролиферация клеток кожи протекает ненормально, и у лиц с подобными признаками почти всегда развивается рак кожи. Кожу таких больных следует тщательно предохранять от попадания солнечного света. В противном случае эта болезнь часто приводит к летальному исходу. В результате биохимических и генетических исследований удалось выяснить, что в случае наиболее распространенной формы пигментной ксеродермы нарушение затрагивает УФ-эндонуклеазу - фермент, образующий разрыв дефектной цепи с 5'-стороны от пиримидинового димера. Из-за повреждения всего лишь одного-единственного фермента облучение кожи солнечным светом может привести к летальному исходу.

Рис. 30-2. А. Репарация тиминового димера. Б. Особая УФ-эндонуклеаза расщепляет дефектную цепь с 5'-стороны от димера. В. ДНК-полимераза I наминает “латать” цепь, а 5'→3' - зндонуклеаза удаляет тиминовый димер и несколько прилежащих к нему нуклеотидов. Г. Новый участок ДНК достроен. Д. Соединение нового участка с основной цепью под действием ДНК-лигазы.

Ультрафиолетовая часть спектра солнечного света, вызывающая пигментацию кожи (загар), не проходит сквозь стекло и через разного рода солнцезащитные материалы, которые содержат химические соединения, поглощающие ультрафиолет.