ძირითადი მასალა

ბიოლოგია

კურსი: ბიოლოგია > თემა 14

გაკვეთილი 3: დნმ-ის რეპლიკაცია

დნმ-ს საკორექციო მექანიზმი და რეპარაცია

მექანიზმები, რომლითაც სწორდება დნმ-ის რეპლიკაციის დროს დაშვებული შეცდომები და მისი დაზიანებები უჯრედის სიცოცხლის განმავლობაში.

საკვანძო საკითხები:

უჯრედები მრავალი მექანიზმითაა აღჭურვილი მუტაციების, ანუ დნმ-ის თანმიმდევრობაში მუდმივი ცვლილებების, თავიდან ასაცილებლად.
დნმ-ის სინთეზის პროცესში დნმ-პოლიმერაზების უმრავლესობა „გადაამოწმებს ნამუშევარს" და არასწორად დაწყვილებულ ფუძეთა უმრავლესობას ასწორებს, რასაც კორექცია ეწოდება.
დნმ-ის სინთეზის დასრულებისთანავე იწყება დაუმთხვეველი რეპარაცია, ანუ დარჩენილი შეუსაბამო ფუძეთა წყვილების აღმოჩენა და ჩანაცვლება.
მრავალი მექანიზმი არსებობს დნმ-ის დაზიანების შესაკეთებლადაც, მათ შორის ქიმიური უკუცვლილება, ექსციზიური რეპარაცია და ორმაგი გაწყვეტის რეპარაცია.

შესავალი

რა კავშირია დნმ-სა და ავთვისებიან სიმსივნეს შორის? სიმსივნე მაშინ ვითარდება, როცა უჯრედები უკონტროლო გაყოფას იწყებს, არ ემორჩილება „სტოპ" სიგნალებს და ქსოვილის სიმსივნურ მასას წარმოქმნის. ასეთ ქცევას მუტაციების, ანუ უჯრედის დნმ-ში გამოუსწორებელი ცვლილებების, დაგროვება იწვევს.

რეპლიკაციის შეცდომები და დნმ-ის დაზიანება მუდმივად ხდება ჩვენი ორგანიზმის უჯრედებში, თუმცა შემთხვევათა უმრავლესობაში ეს არც სიმსივნეებს იწვევს და არც მუტაციებს, რადგან დნმ-ის კორექციისა და რეპარაციის მექანიზმების წყალობით ეს ცვლილებები მალევე სწორდება. ან, თუკი დაზიანების აღმოფხვრა შეუძლებელია, უჯრედები დაპროგრამებული სიკვდილით (აპოპტოზით) იღუპებიან, რათა შეცვლილი დნმ შთამომავლობას არ გადაეცეს.

მუტაციები იმ შემთხვევაში წარმოიქმნება და გადაეცემა შვილეულ უჯრედებს, თუ ამ მექანიზმებმა ვერ იმუშავა. ავთვისებიანი სიმსივნე, თავის მხრივ, მხოლოდ მაშინ ვითარდება, თუ ერთ უჯრედში დაგროვდა გაყოფასთან დაკავშირებული გენების მრავალი მუტაცია.

ამ სტატიაში უფრო დეტალურად განვიხილავთ უჯრედების მიერ გამოყენებულ იმ მექანიზმებს, რომლებითაც ასწორებენ რეპლიკაციის დროს დაშვებულ შეცდომებს და დნმ-ის დაზიანებებს, მათ შორის:

კორექცია, რომლის მეშვეობითაც შეცდომები უშუალოდ დნმ-ის რეპლიკაციის პროცესში სწორდება
დაუმთხვეველი რეპარაცია, რომლითაც არაკომპლემენტარული ფუძეთა წყვილები რეპლიკაციის შემდეგ სწორდება
დნმ-ის დაზიანების რეპარაციის გზები, რომელთა მეშვეობითაც დაზიანების აღმოჩენა და გასწორება უჯრედის მთელ ციკლში ხერხდება

კორექცია

დნმ-პოლიმერაზები ფერმენტებია, რომლებიც უჯრედებში დნმ-ს წარმოქმნიან. დნმ-ის რეპლიკაციის (ასლის შექმნის) დროს, დნმ-პოლიმერაზების უმეტესობას თავისი ნამუშევრის „შემოწმება" შეუძლია სათითაო ნუკლეოტიდების დონეზე. ამ პროცესს ჰქვია კორექცია ეწოდება. თუ პოლიმერაზა აღმოაჩენს არასწორ (არასწორად შეწყვილებულ) ნუკლეოტიდს, ის მაშინვე მოაშორებს ამ ნუკლეოტიდს და სწორით ჩაანაცვლებს მანამ, სანამ დნმ-ის სინთეზს გააგრძელებდესstart superscript, 1, end superscript.

დაუმთხვეველი რეპარაცია

კორექციით მრავალი შეცდომა სწორდება, თუმცა ზოგი მაინც იპარება. დაუმთხვეველი რეპარაცია დნმ-ის წარმოქმნის დასრულებისთანავე იწყება და ამ მექანიზმის ვალია, ამოჭრას და ჩაანაცვლოს არასწორად დაწყვილებული ფუძეები (რომლებიც კორექციის მერეც დარჩა). დაუმთხვეველი რეპარაციით ასევე შესაძლებელია იმ პატარა ინსერციებისა და დელეციების აღმოჩენა და გასწორება, რომლებიც პოლიმერაზას „მოცურებისას", ანუ ნიმუშ ჯაჭვს ცოტათი აცდენისას, წარმოიქმნება.

როგორ მუშაობს დაუმთხვეველი რეპარაციის მექანიზმი? პირველ რიგში, ცილათა კომპლექსი (ცილების ჯგუფი) ამოიცნობს და უკავშირდება არასწორად დაწყვილებულ ფუძეებს. მეორე კომპლექსი დნმ-ს ამ შეცდომის მახლობლად ჭრის, სხვა ფერმენტები არასწორ ნუკლეოტიდსა და მის მახლობელ უბანს ამოჭრიან. დნმ-პოლიმერაზა შემდეგ ამ მონაკვეთს ახალი, სწორი ნუკლეოტიდებით ჩაანაცვლებს, ხოლო დნმ-ლიგაზა ჯაჭვების ნაპრალებს შეაწებებს და საბოლოოდ გააერთიანებს მათsquared.

შეიძლება, გიკვირთ, დნმ-ის რეპარაციის ცილები როგორ ხვდებიან, რა არის სწორი და არასწორი? ანუ, როცა ნუკლეოტიდები წყვილში არასწორადაა შესაბამებული (მაგ. გ და თ ზედა ილუსტრაციაზე), ამ ორიდან რომელი უნდა ამოიჭრას და ჩანაცვლდეს?

ბაქტერიებში დნმ-ის ძველი და ახალი ჯაჭვების ერთმანეთისგან გასარჩევად მეთილირების მდგომარეობა გამოიყენება. დნმ-ის ძველ ჯაჭვს ზოგ ფუძეზე მეთილის ჯგუფები (minus, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript) ექნება დაკავშირებული, ახალს კი - ჯერ არაcubed.

ეუკარიოტებში დაუმთხვეველი რეპარაციის დროს ძველი ჯაჭვის ამოსაცნობად გამოიყენება ნაპრალები (ერთი ჯაჭვის წყვეტის ადგილები), რომლებიც მხოლოდ ახალ ჯაჭვს აქვს, რადგან ბოლომდე არაა შეწებებულიcubed.

დნმ-ის დაზიანების რეპარაციის მექანიზმები

უჯრედის სიცოცხლის ნებისმიერ მომენტში და არა მარტო რეპლიკაციის დროს შეიძლება, დნმ-ს ცუდი რამ მოუვიდეს. მეტიც, თქვენი დნმ მუდმივად ზიანდება გარემო ფაქტორების, მაგ. ულტრაიისფერი სხივების, ქიმიკატებისა და რენტგენის სხივების მიერ - რომ არაფერი ვთქვათ იმ სპონტანურ ქიმიურ რეაქციებზე, რაც უჯრედში მიმდინარეობს გარემოს ზემოქმედების გარეშეც!start superscript, 4, end superscript

საბედნიეროდ, თქვენს უჯრედებში არსებობს რეპარაციის მექანიზმები, რომლებიც აღმოაჩენენ და ასწორებენ დნმ-ის მრავალნაირ დაზიანებას. ამ მექანიზმებში შედის:

პირდაპირი უკუცვლილება: დნმ-ის დამზიანებელი ზოგი ქიმიური რეაქციის „შებრუნება" და გამოსწორება უჯრედის ფერმენტებს პირდაპირ შეუძლიათ.
ექსციზიური რეპარაცია: დნმ-ის ერთი ან რამდენიმე ფუძის დაზიანებას უჯრედი ხშირად ამ უბნის ამოჭრით (ექსციზია) და ჩანაცვლებით ახერხებს. ფუძეთა ექსციზიურ რეპარაციაში მხოლოდ დაზიანებული ფუძე ამოიჭრება. ნუკლეოტიდთა ექსციზიურ რეპარაციაში, ისევე, როგორც ზემოთ განხილული დაუმთხვეველი რეპარაციის დროს, ნუკლეოტიდების პატარა უბანი იჭრება.
ორმაგი გაწყვეტის რეპარაცია: დნმ-ის ორივე ჯაჭვის ერთდროულად გაწყვეტის (ანუ ქრომოსომის ორად გახლეჩის) რეპარაციისთვის ორი მთავარი გზა გამოიყენება - ბოლოების არაჰომოლოგიური შეერთება და ჰომოლოგიური რეკომბინაცია.

დაზიანების უკუცვლილება

ზოგ შემთხვევაში, უჯრედს დნმ-ის დაზიანების გამოსწორება ამის გამომწვევი ქიმიური რეაქციის უბრალოდ შებრუნებით შეუძლია. ამის გასაგებად უნდა გავიაზროთ, რომ „დნმ-ის დაზიანება" ხშირად ნიშნავს დნმ-ზე ატომთა დამატებითი ჯგუფის დაკავშირებას ქიმიური რეაქციის გზით.

ასე მაგალითად, გუანინს (გ) ქიმიური რეაქციით შესაძლოა, მეთილის ჯგუფი (minus, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript) დაუკავშირდეს ფუძის ჟანგბადის ატომზე. მეთილირებული გუანინი, თუ ეს შეცდომა არ გამოსწორდა, რეპლიკაციაში თიმინს (თ) დაუწყვილდება და არა ციტოზინს (ც). საბედნიეროდ, ადამიანებსა და მრავალ სხვა ორგანიზმს აქვთ ფერმენტი, რომლებსაც ამ მეთილის ჯგუფის მოშორება, ანუ რეაქციის შებრუნება და გუანინის ნორმალურ მდგომარეობაში დაბრუნება, შეუძლიაstart superscript, 5, end superscript.

დიაგრამა ეფუძნება მსგავს ილუსტრაციას კუპერის ავტორობით start superscript, 5, end superscript.

ფუძეთა ექსციზიური რეპარაცია

ფუძეთა ექსციზიური რეპარაციის მექანიზმი დაზიანებული ფუძეების ზოგი სახის აღმოსაჩენად და ამოსაჭრელად გამოიყენება. ამ პროცესში მთავარ ფუნქციას ფერმენტთა ჯგუფი, ე. წ. გლიკოზილაზები, ასრულებს. თითოეული გლიკოზილაზა დაზიანებული ფუძის რომელიმე კონკრეტულ სახეს აღმოაჩენს და ჭრის.

მაგალითად, ქიმიური რეაქციის, დეზამინირების, გზით ციტოზინი ურაცილად გარდაიქმნება, რაც რნმ-ის ნუკლეოტიდია. დნმ-ის რეპლიკაციაში ეს ურაცილი ადენინს დაუწყვილდება და არა - გუანინს (რაც წესით, ციტოზინის მეწყვილეა). შესაბამისად, ციტოზინის ურაცილად გარდაქმნა თუკი არ გამოსწორდა, მუტაცია შეიძლება, მივიღოთstart superscript, 5, end superscript.

ამის თავიდან ასაცილებლად ფუძეთა ექსციზიური რეპარაციის გლიკოზილაზა აღმოაჩენს და ამოჭრის დეზამინირებულ ციტოზინს. არასწორი ფუძის ამოჭრის შემდეგ დნმ-ის „ნაპრალიანი" უბანიც იჭრება და სხვა ფერმენტების მიერ ნაცვლდება ახალი, სწორი ნუკლეოტიდითstart superscript, 6, end superscript.

ნუკლეოტიდთა ექსციზიური რეპარაცია

ნუკლეოტიდღა ექსციზიური რეპარაცია კიდევ ერთი გზაა, რომელიც დაზიანებული ფუძეების ამოსაჭრელად და ჩასანაცვლებლად გამოიყენება. ამ მექანიზმის ვალია, აღმოაჩინოს და შეასწოროს ის დაზიანებები, რომლებიც დნმ-ის ორმაგ სპირალს არღვევენ. ეს მექანიზმი აღმოაჩენს დიდი ქიმიური ჯგუფებით მოდიფიცირებულ ფუძეებს, მაგალითად, სიგარეტის კვამლში შემავალი ქიმიური ნივთიერებების ზემოქმედების გამო წარმოქმნილსstart superscript, 7, end superscript.

ნუკლეოტიდთა ექსციზიური რეპარაცია ასევე გამოიყენება ულტრაიისფერი სხივებით გამოწვეული დაზიანებების შესასწორებლად, მაგ. მზეზე დამწვრობისას. ულტრაიისფერი გამოსხივების მოქმედებით ციტოზინი და თიმინი მეზობელ, ასევე ციტოზინის ან თიმინის ფუძეებთან შედის რეაქციაში და წარმოქმნის ბმებს, რომელიც არღვევს ორმაგ სპირალს და ხელს უშლის დნმ-ის რეპლიკაციას. ასეთი დაზიანების ყველაზე ხშირი სახეობაა თიმინის დიმერი, რომელიც ორი თიმინის ფუძის ერთმანეთთან რეაგირებითა და ქიმიურად დაკავშირებით წარმოიქმნებაstart superscript, 8, end superscript.

ნუკლეოტიდთა ექსციზიური რეპარაციის დროს დაზიანებული ნუკლეოტიდ(ებ)ი დნმ-ის მიმდებარე უბანთან ერთად ამოიჭრება. ამისთვის ჰელიკაზა (დნმ-ის სპირალის გამხსნელი ფერმენტი) ხსნის დნმ-ს და ბუშტს წარმოქმნის, დნმ-ის ამომჭრელი ფერმენტები კი ამ ბუშტის დაზიანებულ ნაწილს ამოკვეთენ. დნმ-პოლიმერაზა შემდეგ ცარიელ ადგილს სწორი ნუკლეოტიდებით ამოავსებს, დნმ-ლიგაზა კი აწებებს ნაპრალს ჯაჭვის ხერხემალშიstart superscript, 9, end superscript.

ორმაგი გაწყვეტის რეპარაცია

ზოგიერთი გარემო ფაქტორი, მაგ. მაღალენერგიული გამოსხივება, დნმ-ის ორივე ჯაჭვის გაწყვეტას იწვევს (ანუ ქრომოსომის ორად გახლეჩას). დნმ-ის დაზიანების ეს სახე კომიქსებში სუპერგმირად ქცევას უკავშირდება, რეალურ ცხოვრებაში კი - მაგ. ჩერნობილის კატასტროფას.

ორმაგი გაწყვეტა საშიშია, რადგან დაზიანების შეუსწორებლობის შემთხვევაში ქრომოსომების დიდი, ასობით გენის შემცველი უბნები შეიძლება, დაიკარგოს. ორმაგი გაწყვეტის რეპარაციისთვის უჯრედს ორი მექანიზმი აქვს: ბოლოების არაჰომოლოგიური შეერთება და ჰომოლოგიური რეკომბინაცია.

ბოლოების არაჰომოლოგიური შეერთება გულისხმობს ქრომოსომის გაწყვეტილი ბოლოების უბრალოდ ერთმანეთზე გადაბმას. ეს მექანიზმი უფრო „არეულ-დარეულია" და გაწყვეტის ადგილზე რამდენიმე ნუკლეოტიდის დამატებას ან დაკარგვას იწვევს. შესაბამისად, ბოლოების არაჰომოლოგიური შეერთების შედეგად მუტაცია შეიძლება, მივიღოთ, მაგრამ ეს მაინც ალტერნატივაზე უკეთესია (ქრომოსომის მთლიანი უბნის დაკარგვა)start superscript, 10, end superscript.

_დაფუძნებულია მსგავს დიაგრამაზე ალბერტსისა და კოლეგების ავტორობითstart superscript, 10, end superscript

ჰომოლოგიური რეკომბინაცია ნიშნავს გაწყვეტის შესაკეთებლად საჭირო ინფორმაციის მიღებას დაზიანებული ქრომოსომის ჰომოლოგიდან (ან დობილი ქრომატიდიდან, თუ დნმ უკვე გაორმაგებულია). ამ დროს ორი ჰომოლოგიური ქრომოსომა ერთად განლაგდება და ჰომოლოგის ან ქრომატიდის დაუზიანებელი უბანი ნიმუშად გამოიყენება გაწყვეტილი ქრომოსომის აღდგენის პროცესში. ჰომოლოგიური რეკომბინაცია უფრო „მოწესრიგებულია", ვიდრე ბოლოების არაჰომოლოგიური შეერთება და ის, როგორც წესი, მუტაციებს არ იწვევსstart superscript, 11, end superscript.

დნმ-ის კორექცია, რეპარაცია და ადამიანის დაავადებები

დნმ-ის კორექციისა და რეპარაციის მექანიზმების მნიშვნელობის მტკიცებულებები ადამიანების გენეტიკურ დაავადებებში შეგვიძლია, ვეძიოთ. ხშირად, კორექციისა და რეპარაციის ცილების მაკოდირებელი გენების მუტაციები მემკვიდრეობით სიმსივნეებს უკავშირდება (რომლებიც ოჯახურად ვლინდება). მაგალითად:

მემკვიდრეობითი არაპოლიპოზური კოლორექტალური კიბო (ანუ ლინჩის სინდრომი) გამოწვეულია დაუმთხვეველი რეპარაციის ცილების მაკოდირებელი გენების მუტაციებითstart superscript, 12, comma, 13, end superscript. დაუმთხვეველი ფუძეები არ სწორდება ამ სინდრომის მქონე ადამიანების უჯრედებში, ამიტომ მათში მუტაციები ბევრად უფრო სწრაფად გროვდება. ეს მსხვილი ნაწლავის სიმსივნეს განვითარებას იწვევს.
პიგმენტური ქსეროდერმიის მქონე ადამიანები ძალიან მგრძნობიარენი არიან ულტრაიისფერი გამოსხივებისადმი. ამ დაავადებას ნუკლეოტიდთა ექსციზიური რეპარაციის გზის მუტაციები იწვევს. როცა ეს მექანიზმი არ მუშაობს, ულტრაიისფერი სხივებით გამოწვეული თიმინის დიმერიზაცია და სხვა დაზიანებები არ სწორდება. მზეზე ყოფნის სულ რამდენიმე წუთის შემდეგ ამ ადამიანებს მძიმე დამწვრობა უვითარდებათ და მათ ნახევარს 10 წლის ასაკამდე კანის კიბო ემართება, თუ მზეს არ მოერიდნენstart superscript, 14, end superscript.

[ატრიბუცია და ბიბლიოგრაფია]

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.