Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009

Репарация ДНК
Повреждения, возникающие в ДНК

В молекуле ДНК под действием внешних и внутренних факторов постоянно происходят повреждения в структуре - мутации. Они в большинстве своем являются нежелательными для клетки, а накопление их в больших количествах может оказаться губительным и привести к необратимым изменениям, в результате которых клетка не сможет выполнять свое предназначение или вообще перестанет существовать. Таким образом, чтобы клетка могла нормально функционировать, нарушения, возникающие в структуре ДНК, должны исправляться. Функция исправления ошибок в ДНК возложена на многочисленные, так называемые, системы репарации.

В клетке происходят разнообразные повреждения ДНК. Рассмотрим их.

Апуринизация

Под апуринизацией понимают гидролитическое отщепление пурина из полинуклеотидной цепи:

Результатом апуринизации является образование АР-сайта (рис.3.1).

Рис. 3.1. АР-сайт

Ежедневно клетка человека теряет около 5000 - 10000 пуринов.

Образование АР-сайта может также произойти и при удалении пиримидинов.

Дезаминирование азотистых оснований

Дезаминированию в клетке подвергается цитозин, аденин и гуанин. При дезаминировании цитозина образуется урацил:

гуанина - ксантин:

Наиболее часто дезаминированию подвергается цитозин, в клетке человека в течение суток дезаминируется около 100 этих азотистых оснований. Дезаминирование цитозина приводит к появлению в молекуле ДНК неспаренных оснований (рис.3.2), т.к. образовавшийся урацил комплементарен аденину, а не гуанину.

Рис.3.2. Дезаминирование цитозина приводит к появлению в молекуле ДНК неспаренных оснований

В клетках эукариот цитозин может подвергаться метилированию, в результате которого образуется 5-метилцитозин:

При его дезаминировании образуется тимин:

Дезаминирование 5-метилцитозина опасно, поскольку может привести к мутации, так как после репликации в одной из двух дочерних молекул ДНК пара ЦГ будет заменена на ТА (рис. 3.3)

Рис. 3.3. Дезаминирование 5-метилцитозина может привести к мутации после репликации ДНК

Алкилирование

При участии алкилирующих факторов может происходить алкилирование азотистых оснований. В результате алкилирования гуанина может образоваться, например, ⁶О-метилгуанин или 7-этилгуанин:

Алкилированные азотистые основания могут образовывать неканонические пары, например, 7-этилгуанин с тимином, а также способствовать апуринизации.

Образование тиминовых димеров может происходить под действием ультрафиолетового света:

Окисление азотистых оснований происходит при участии активных форм кислорода (супероксиданион-радикала О₂^-, одноэлектронного гидроксила ОН и др.). Например, в результате окисления цитозина образуется 5-гидроксицитозин и 5-гидроксиурацил:

Окисленные азотистые основание способны образовывать неканонические пары.

Окислении азотистых основание может привести к размыканию пуринового кольца:

В ДНК также могут возникать одноцепочечные и двухцепочечные разрывы ДНК, и межцепочечные сшивки.