Днқ репарациясы

 

ҚР ДЕНСАУЛЫҚ  САҚТАУ МИНИСТРЛІГІ

С.Д.АСФЕНДИЯРОВ  АТЫНДАҒЫ

ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ МЕДИЦИНА УНИВЕРСИТ

 

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ  РК

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ  С.Д.АСФЕНДИЯРОВА

 

    СӨЖ

 

Кафедра: Медициналық генетика және молекулалық биология

 

Тақырыбы: Днқ репарациясы

 

Орындаған: Арапова. С

Факультет:жалпы медицина

Топ: 054

Қабылдаған:

 

______________________________________________________________

 ДНҚ  репарациясы

     Жоспар

 

• Кіріспе.
• Негізгі бөлім
• Мутагендер әсері.
• Репарацияның типтері.
• ДНК репарациясының жүру механизмі.
• ДНК репарациясының бұзылуынан пайда болатын аурулар.
• Қорытынды.

 

 

 

Кіріспе.

Репарация – тірі ағзалардың мутагендік факторлар әрекетіне байланысты ДНК молекуласында пайда болған бұзылуларды қайта қалпына келтіру қасиеті. Репарация құбылысы тек ДНК құрылысындағы мутациялық бұзылуларды жөндеуде емес, сонымен қатар тұқым қуалайтын аурулардың қалыптасуында, ерте қартаю процесінде, жасушалардың ісіктік трансформациясында (канцерогенез) т.б. маңызды рөл атқарады.

Жалпы, мутациялық өзгергіштік гендер мен хромосомалардағы тұрақты өзгерістер нәтижесінде  қалыптасады да, генетикалық материалдың  геномдық, хромосомалық және гендік (ДНК молекуласы) деңгейлеріндегі кез келген сандық және құрылыстық бұзылуларға әкеледі. Осыған байланысты, яғни бұзылуларды қайта қалпына келтіру үшін ДНК репарациясы жұмыс істейді. Қазіргі өзіндік жұмысымда репарацияның түрлерімен және оған жауапты ферменттердің кемістігінен болатын ауруларды атап, олар туралы мәлімет бере кетпекпін.

 

 

 Биосинтез кезінде және химиялық немесе физикалық агенттер әсерінен өзгеріске ұшыраған Днқ молекуласының   құрлымының қалпына келу процессі репарация деп аталады. Латынша “ reparatio” -  түзелу, қалпына келу деген мағынаны береді.

•  Репарация бір жасушалыларда, өсімдік жасушаларында және жануарларда тірі қалу деңгейн көтеріп, аберациямен гендік мутацияларды төмендетеді.
• Репарация ерекше ферметтер арқылы  жүзеге асады.

 

Днқ молекуласын зақымдайтын  агенттер 3-ке бөлінеді:

1.Физикалық

2. Химиялық

3.Биологиялық

 

         Мутагендер әсері

           Мутагендер әсері

 

• Ең маңызды физикалық мутагендердің бірі- иондаушы радиация. Оның әсерінен жасушада бос радикалдар (жұп емес молекулалық электрондар)  пайда болады.
• Тағы бір мутаген – ультракүлгін сәулелер. Олар әсіресе тері жасушаларына көп әсер етеді. Ультракүлгін сәулелендіруден  Днқ молекуласында тиминдік димирлер қалыптасады. Бұл ДНК-ның репликациясы мен транскрипциясының оқылуы кезінде қателіктерге  әкеледі.
• Химиялық мутагендердің бірі – азоттық қышқыл. Олар цитозинді урацилге, аденинді инозинге айналдырады.
• Метилнитразамин  Днқ-ны OH және NH-ге митилдендіреді.
•    Бензипирен негізінен қауіпсіз, бірақ метобализм кезінде канцерогендік әсерге ие болады.

 

Репарация типтері

 

Репарацияның типтері:

1.Жарық  репарациясы.

2.Қараңғылық  репарациясы.

3.Репликациядан  кейінгі репарациясы.

4. SOS- репарация.

 Жарықтық репарацияны, яғни жарыұта жүретін репарацияны алғаш, ХХ ғасырдың 40 жылдары А. Кельнер ашқан.

Бактериялар мен саңырауқұлақтарға ультракүлгін сәулесімен әсер еткенде, ДНК құрылысында пайда болған мутациялар нәтижесінде олар тіршілігін жойған. Сәулелендірілген жасушаларды жарық жағдайға ауыстырғанда, олар тіршілігін жалғастырған. Тәжірибе нәтижесінде көзге көрінетін жарық ДНК – құрылысын қалпына келтіріп, жасушалардың қызмет атқаруына мүмкіндік туғызған деген қорытынды жасалады.

Кейінірек, ультракүлгін сәулесінің әсеріне ұшыраған жасушаларда көзге көрінетін жарықтың әсерінен арнайы фотолиаза ферментінің түзілетіні анықталды. Фотолиаза ферменті мутантты ДНК тізбегіндегі қатар орналасқан екі пиримидиндік негіздердің арасында түзілген байланысты (димерлер) үзіп, ДНК құрылысын бастапқы қалпына келтіреді.

 

 

 

 

 

 

ЖАРЫҚ РЕПАРАЦИЯСЫ

• 1. Қалыпты  Днқ молекуласы 

 

ЖАРЫҚ РЕПАРАЦИЯСЫ

ЖАРЫҚ РЕПАРАЦИЯСЫ

 

1. Қалыпты ДНК молекуласы.

2. Ультракүлгін жарығымен сәулелендіру.

3. Мутантты ДНК молекуласы .

4. Көзге көрінетін жарықтың  әсері.

5.Фотолиаза ферментінің  синтезі.

6.Димерлердің ажыратылуы.

7.ДНК құрылысының бастапқы қалпына келуі.

Эксцизиялық репарация. 

 

 Эксцизиялық репарация көзге көрінетін күндізгі жарықты қажет  етпейді. Репарацияның бұл түрінде ДНК – ның

бұзылған учаскесі арнайы

ферменттер тобының  қатынасуымен кесіліп алып тасталады  да, оның орнына қалыпты нуклеотидтер жалғанады. Эксцизиялық репарацияға қатынасатын гликозилаза ферменттерінің әрқайсысы нуклеотидтердің

түрлі бұзылуларын  тауып байланысады.

Эксцизиялық репарация  мына кезеңдерден тұрады:

 1. Мутагеннің әрекетіне байланысты ДНК молекуласында тиминдік димер (T–T)түзіледі.

  2. Тиминдік димер uvrA және uvrB белоктарымен танылады. Тиминдік димерге А белогының екі молекуласы және В белогының бір молекуласы жалғанады.

  3. ДНКға иілген пішін беру үшін және В белогы конформациясының өзгеруіне АТФ энергиясы жұмсалады.

  4. А белогының екі молекуласы ДНК – дан бөлініп кетеді де, димерлік аймақта В белогының бір молекуласы ДНК – мен байланысқан күйде қалады.

  5. ДНК молекуласына uvrC белогы жалғанады.

  6. uvrC белогы ДНК тізбегін 5´- ұшынан, ал uvrВ белогы 3´- ұшынан кеседі. Соңынан С белогы ДНК молекуласынан бөлініп кетеді.

  7. Геликаза ферменті (uvr Д белогы) екі жағынан кесілген, ұзындығы 12 нуклеотидке тең ДНК фрагментін негізгі тізбектен бөліп ажыратады. Бұл әрекет те АТФ – ң бір молекуласындағы энергияны сіңіре жүреді.

  8. ДНК полимераза І бұзылған тізбектегі түзілген бос, ашық жерді бұзылмаған екінші тізбекке комплементарлы нуклеотидтермен толтыра бастайды.

  9. Синтезделген жаңа фрагменттің екі ұшын ДНК – ның бос ұштарына ДНК – лигаза ферменттері тігіп, жалғап ДНК – ның қалыпты құрылымын түзейді.

 

 

 Қараңғылық репарациясы

Пострепликативтік репарация.

 

 Ағзада немесе жасушада жарықтық және эксцизиялық репарация механизмдері жұмыс істемей қалған кезде келесі бір репарация типі – пострепликативтік репарация іске қосылады.

Егер  ДНК – дағы барлық кемістіктер  репликацияға дейін жойылмаса, онда ДНК – дағы бастапқы екі тізбектің  біреуінде сол бұзылған учаске (тиминдік димер) сақталып, оған комплементарлы екінші тізбек қалыпты күйінде қалады. Репликация кезінде бұзылған учаскесі бар тізбекке комплементарлы түзілген жаңа тізбекте сол тиминдік димерге  қарсы тесік ашық жер қалады, ал екінші тізбекке сай түзілген жаңа тізбек қалыпты жағдайда синтезделеді. Бұдан кейін, бұзылған учаскенің  пострепликативтік репарациясы  жүреді:

  1 – RecA белогының молекуласы ашық қалған учаскеге жалғанады;

  2 – RecA белогының бақылауымен рекомбинация жүреді, яғни бастапқы екінші тізбектің комплементарлы бөлігін, бірінші тізбектегі ашық жерге орналастырады;

3 – комплементарлы бөлігі алынған бастапқы екінші тізбектің бос қалған жері репликация кезінде толықтырылады. Қосылған жаңа учаскелер мен ескі тізбектердің ұштары лигаза ферментінің көмегімен жалғанады.

Бактериялық жасушаларда ультракүлгін сәулелендіруден  кейінгі жарықтық және қараңғылық репарация  механизмдерінің бұзылуын алғаш  байқап, зерттегендер У. Рапп, және П. Ховард – Фландерс болды /1968/.

Бактериялардың  ДНК – репарациясына қабілетті  болмауы, біріншіден эксинуклеаза ферменттеріне  жауапты гендердің мутацияға  ұшырауы болса, екіншіден тәжірибе қараңғылық жағдайда жүргізілгендігі.

Бірақ жасушалар осы жағдайлардың өзінде, бұзылған ДНК – ның құрылысы мен  қызметін бастапқы қалпына қайта  келтірген.

Олай  болса, пострепликативтік репарация  ДНК – ның бұзылмаған тізбегінің көмегімен іске асырылады. Мутагеннің әрекетіне байланысты ДНК тізбектерінің  біреуі бұзылып, онда тиминдік димер (Т–Т) пайда болады, ал екіншісі қалыпты күйінде қалады. Репликация кезінде ДНК – ның мутантты тізбегіне сәйкес түзілген жаңа, комплементарлы тізбекте мутантты тізбектегі тиминдік димер орналасқан учаскеге қарсы тесік, ашық жер түзіледі. ДНК – ның бұзылмаған тізбегінде репликация қалыпты жағдайда жүреді, нәтижесінде жаңа, құрылысы қалыпты тізбек түзіледі.

Пострепликативтік репарация кезінде uvrA белогы синтезделіп ДНК – ң қалыпты тізбегімен байланысып, одан ұзындығы комплементарлы тізбектегі ашық қалған учаскеге сәйкес фрагмент кесіп алады. Фрагментті сол ашық учаскеге орналастырып, лигаза арқылы ДНК тізбегіне жалғайды. Жаңадан түзілген комплементарлы тізбек қалпына келтіріледі. Ал, бастапқы, фрагмент кесіп алынған ДНК тізбегі ДНК – полимераза І көмегімен толықтырылып, лигазаның қатынасуымен өзара тігІліп, жалғанып тұтас, ДНК молекуласы түзіледі. 

 

 

 

               РЕПЛИКАЦИЯДАН КЕЙІНГІ         РЕПАРАЦИЯ

Жұпталмаған негіздердің репарациясы.

 Жасушалар тіршілігінде жиі кездесетін жағдай – ДНК репликациясы кезінде нуклеотидтердің жұптасуында қателіктер байқалып, ДНК – ның жаңадан синтезделген тізбегіне комплементарлы емес нуклеотидтер жалғануы мүмкін. Бұл құбылыс “мисмэтч” деп аталады, жаңа түзілген тізбек мутантты болып есептеледі.

Мутацияның мұндай типтері ДНК  – полимеразаның қатынасуымен жөнделеді. Қате жалғанған нуклеотид кесіп  алынып, дұрыс, комплементарлы нуклеотидпен алмастырылады.

Репарацияның бұл механизмі  жұмыс істемеген жағдайда, репарациялық тағы бір жүйе іске қосылады. Бұл  кезде ДНК – ң жаңадан түзілген тізбегіндегі ГАТЦ нуклеотидтері жүйесіндегі  адениннің метилденуі жүреді. Бұл  әрекет арнайы метилаза ферментінің қатынасуымен іске асырылады.

 Ішек таяқшасында репарацияның мисмэтч жүйесі бойынша іске асырылуы 4 геннің бақылауымен түзілетін белоктарға байланысты. Олар Mut H, Mut L, Mut S және Mut U. Mut U – UvrД немесе хеликаза ІІ – нің гені.

  Mut S белогы мисмэтч учаскесін таниды (нуклеотидтердің комплементарлы емес учаскесін) және онымен байланысады. Mut S белогымен Mut L белогы және Mut H белогының екі молекуласы байланысады.

 Түзілген мультимолекулалық кешен мына белоктардан: Mut H, Mut L, Mut S тұрады. Ол кешен ұзындығы бірнеше мың нуклеотидке шамалас ДНК – ның ұзын фрагментін қамтиды. ДНК – ның бұл фрагментінде ГАТЦ жүйесінің екеуі бар, олар мисмэтч учаскесінің екі жағына орналасқан. Mut H белогының екі молекуласының әрқайсысы ГАТЦ учаскесін танып метилденбеген адениннен бастап жаңадан синтезделген тізбекті екі жағынан қырқады. Қырқу кезінде адениннің оң жағында (5’ ұшы) Mut H белогына тағы бір белок экзонуклеаза VI ферменті жалғанады. Бұл фермент осы жаңадан түзілген тізбекті мисмэтчке дейін не одан да ары 5’        3’ бағытында бұзып ыдыратады. Осы тізбекті эндонуклеаза арқылы адениннен солға қарай (3’ ұшы) қырықса, ол тізбек

 3’        5’ бағытында экзонуклеаза І – дің көмегімен мисмэтч учаскесіне дейін және одан сәл ары ажырайды. Пайда болған бос, ашық жерлер ДНК полимеразаның, геликазаның көмегімен комплементарлы нуклеотидтермен толтырады. Нәтижесінде қате орналасқан нуклеотид дұрыс нуклеотидпен алмастырылады. Дәл осы жолмен адамның, саңырауқұлақ және басқа ағзалардың ДНК молекулалары репарацияланады.

 

Мисмэтч  репарациясы

SOS – репарация.

  SOS – репарация “сына сынамен шығарылады” деген принципке сәйкес келетін репарацияның таңқаларлық, ерекше типі болып саналады. SOS – репарация кезінде өте көптеген жаңа мутациялардың (трансзицилар мен трансверсиялар) пайда болуын қамтамасыз ететін механизмдер іске қосылады.

Жасушада  синтезделген арнайы белоктар ДНК – полимеразалармен бірігіп мутантты ДНК тізбегіне сәйкес комплементарлы жаңа тізбек синтездейді. Нәтижесінде, ДНК – ның жаңа синтезделген тізбегінде бастапқы тізбектегі пайда болған барлық мутациялар толығымен көрінеді.

  Ультракүлгін сәулесінің жоғарғы  дозаларының әсерінен не басқа  мутагендерінің әсерінен ДНК  молекуласында пайда болған көптеген  бұзылулар жоғарыда аталған репарациялық  механизмдердің бірде – біреуімен қалпына келтірілмейді. Мұндай жағдайда, SOS – репарациясының қызметі басталады. Алдымен көптеген белоктардың ыдырауына қатысатын RecA белогының копротеазалары активті активті синтезделеді. RecA белок копротеаза тізбектегі LexA генімен анықталатын белокты танып екі жағынан кеседі. Бұл белок 20 түрлі генге, соның ішінде Umu D генінің оперонына репрессор болып табылады.