Reparație: este asta? Mecanisme de reparare ADN

Reparația este o proprietate a unei celule vii pentru a lupta împotriva diferitelor daune ADN. În lumea înconjurătoare, există mulți factori care pot provoca schimbări ireversibile în corpul viu. Pentru a-și menține integritatea, pentru a evita mutațiile patologice și incompatibile cu viața, trebuie să existe un sistem de auto-restaurare. Cum se rup integritatea materialului genetic al celulei? Să analizăm această problemă mai detaliat. De asemenea, aflați care sunt mecanismele de restaurare ale corpului și modul în care acestea funcționează.

Tulburări în ADN

Molecula acidului deoxiribonucleic poate fi spartă atât în timpul biosintezei cât și sub influența substanțelor nocive. Factorii negativi, în special, includ temperatura sau forțele fizice de origine diferită. Dacă se produce o distrugere, celula pornește procesul de reparare. Astfel începe restaurarea structurii originale a moleculei ADN. Complexele complexe de enzime care sunt prezente în interiorul celulelor sunt responsabile de reparații. Cu incapacitatea celulelor individuale de a efectua restaurare, unele boli sunt asociate. Știința care studiază procesele de reparare este biologia. În cadrul disciplinei, s-au desfășurat numeroase experimente și experimente, datorită cărora procesul de redresare devine mai ușor de înțeles. Trebuie remarcat faptul că mecanismele de reparare a ADN-ului sunt foarte interesante, precum și istoria descoperirii și studierii acestui fenomen. Ce factori contribuie la începutul recuperării? Pentru ca procesul să înceapă, este necesar ca stimularea ADN să fie reparată de țesuturi. Ce este acest lucru, vă vom spune în detaliu mai jos.

Istoria descoperirii

Acest fenomen uimitor a început să studieze omul de știință american Kellner. Prima descoperire semnificativă pe calea investigării reparării a fost fenomenul fotoreactivării. Prin acest termen, Kellner a numit efectul reducerii nocive a radiațiilor ultraviolete în tratamentul ulterior al celulelor deteriorate printr-un flux luminos de lumină din spectrul vizibil.

"Restaurarea luminii"

Ulterior, cercetările lui Kelner și-au continuat logica în lucrările biologilor americani Setlaw, Rupert și alții. Datorită muncii acestui grup de oameni de știință, sa stabilit în mod fiabil că fotoreactivarea este un proces care este declanșat de o substanță specială - o enzimă care catalizează scindarea dimerilor de timină. Erau, așa cum sa dovedit, formați în timpul experimentelor sub influența ultravioletului. În acest caz, lumina vizibilă luminoasă a declanșat acțiunea enzimei, ceea ce a contribuit la scindarea dimerilor și la restabilirea stării originale a țesuturilor deteriorate. În acest caz vorbim despre un tip ușor de reparare a ADN-ului. Să o definim mai clar. Se poate spune că reparația ușoară este restaurarea sub influența luminii structurii ADN originale după deteriorare. Cu toate acestea, acest proces nu este singurul care contribuie la eliminarea pagubelor.

"Recuperarea întunecată"

Uneori după descoperirea luminii sa găsit reparația întunecată. Acest fenomen are loc fără expunere la lumina vizibilă. Această capacitate de recuperare a fost identificată în timpul studiului sensibilității anumitor bacterii la radiațiile ultraviolete și la radiațiile ionizante. Repararea ADN închis este capacitatea celulelor de a elimina orice schimbări patogene în acidul dezoxiribonucleic. Dar trebuie spus că nu mai este un proces fotochimic, spre deosebire de restabilirea luminii.

Mecanismul de "întunecare" eliminare a daunelor

Observațiile bacteriilor au arătat că, după un timp după ce organismul unicelular a primit o porțiune de ultraviolet, ca urmare a deteriorării unor părți ale ADN, celula își reglementează procesele interne într-un anumit mod. Ca rezultat, o bucată modificată de ADN este pur și simplu tăiată din lanțul general. Lacurile rezultate sunt din nou umplute cu materialul necesar din aminoacizi. Cu alte cuvinte, se realizează resinteza ADN-ului. Descoperirea de către oamenii de știință a unui astfel de fenomen ca reparația țesuturilor întunecate este un alt pas în studierea abilităților uimitoare de protecție ale organismului animal și uman.

Cum este sistemul de reparare?

Experimente care au dezvăluit mecanismele de recuperare și chiar existența acestei abilități au fost efectuate cu ajutorul organismelor unicelulare. Dar procesele de reparare sunt inerente celulelor vii ale animalelor și oamenilor. Unii oameni suferă de xerodermă pigmentară. Această boală este cauzată de lipsa capacității celulelor de a reintegra ADN deteriorat. Xeroderma este moștenită. Din ce constă sistemul de reparare? Cele patru enzime pe care se păstrează procesul de reparare sunt ADN-chelicază, -exonuclează, -polmerază și -ligază. Primul dintre acești compuși este capabil să recunoască deteriorarea în lanțul unei molecule de acid deoxiribonucleic. El nu numai că recunoaște, ci și taie lanțul în locul potrivit pentru a elimina segmentul modificat al moleculei. Eliminarea în sine este efectuată folosind exonuclează ADN. Mai mult, o nouă secțiune a moleculei de acid deoxiribonucleic este sintetizată din aminoacizi pentru a înlocui complet segmentul deteriorat. Ei bine, coarda finală a acestei proceduri biologice cele mai complicate se efectuează cu ajutorul enzimei ADN ligază. Acesta este responsabil pentru atașarea site-ului sintetizat la molecula deteriorată. După ce toate cele patru enzime au făcut munca, molecula ADN este complet actualizată și toate daunele rămân în trecut. Așa funcționează mecanismele în celula vie.

clasificare

În prezent, oamenii de știință identifică următoarele tipuri de sisteme de reparații. Acestea sunt activate în funcție de diverși factori. Acestea includ:

1. Reactivări.
2. Refacerea recombinării.
3. Repararea heteroduplexelor.
4. Executarea reparatiei.
5. Reunirea capetelor non-omoloage ale moleculelor ADN.

Toate organismele cu celule celulare au cel puțin trei sisteme enzimatice. Fiecare dintre ele are capacitatea de a realiza procesul de restaurare. Aceste sisteme includ: direct, excise și postreplicative. Procarioții sunt cele trei tipuri de reparare a ADN-ului. În ceea ce privește eucariotele, ele au la dispoziție mecanisme suplimentare numite Miss-mathe și Sos-reparation. Biologia a studiat în detaliu toate aceste tipuri de auto-vindecare a materialului genetic al celulelor.

Structura mecanismelor suplimentare

Repararea directă este cel mai puțin complicat mod de a scăpa de modificările patologice ale ADN-ului. Se efectuează prin enzime speciale. Datorită acestora, restaurarea structurii moleculei ADN are loc foarte repede. De regulă, procesul continuă într-o etapă. Una dintre enzimele descrise mai sus este metiltransferaza O6-metilguaninei-ADN. Sistemul de reparare a exciziei este un tip de auto-vindecare a acidului dezoxiribonucleic, care implică tăierea aminoacizilor modificați și înlocuirea acestora cu plasturi nou sintetizați. Acest proces este deja realizat în mai multe etape. În cursul reparației ADN post-replicative, lacunele din structura acestei molecule pot fi formate într-un singur lanț. Acestea sunt apoi închise cu ajutorul proteinei RecA. Sistemul de reparații post-replicativ este unic prin faptul că nu există nici o etapă în procesul său de recunoaștere a modificărilor patogene.

Cine este responsabil pentru mecanismul de recuperare?

Până în prezent, oamenii de știință știu că o ființă simplă, ca un E. coli, posedă nu mai puțin de o jumătate de sute de gene care sunt responsabile pentru repararea însăși. Fiecare genă îndeplinește anumite funcții. Acestea includ: recunoașterea, îndepărtarea, sinteza, atașarea, identificarea efectelor radiației ultraviolete și așa mai departe. Din păcate, toate genele, inclusiv cele care sunt responsabile pentru procesele de reparare din celulă, sunt mutate. Dacă se întâmplă acest lucru, ele declanșează mutații mai frecvente în toate celulele corpului.

Este periculos să distrugi ADN-ul

În fiecare zi, ADN-ul celulelor noastre este expus pericolului de deteriorare și de modificări patologice. Acest lucru contribuie la factorii de mediu cum ar fi radiațiile ultraviolete, aditivii alimentari, substanțele chimice, schimbările de temperatură, câmpurile magnetice, numeroasele stresuri care declanșează anumite procese în organism și multe altele. Dacă structura ADN-ului este ruptă, poate provoca o mutație a celulelor grele și poate duce la cancer în viitor. Acesta este motivul pentru care organismul are un set de măsuri menite să combată aceste daune. Chiar dacă enzimele nu pot reveni la aspectul original al ADN-ului, sistemul de reparații funcționează pentru a minimiza daunele.

Recombinare omologă

Să vedem ce este. Recombinarea este schimbul de material genetic în procesul de rupere și conectare a moleculelor de acid deoxiribonucleic. În cazul în care apar discontinuități în ADN, începe procesul de recombinare omoloagă. În cursul acesteia, se schimbă fragmente de două molecule. Datorită acestui fapt, structura inițială a acidului deoxiribonucleic este restabilită cu exactitate. În unele cazuri, poate apărea o penetrare a ADN-ului. Datorită procesului de recombinare, este posibilă integrarea acestor două elemente diferite.

Mecanism de recuperare și sănătate a corpului

Reparația este o condiție indispensabilă pentru funcționarea normală a corpului. Fiind expus zilnic și orar la amenințările la adresa daunelor și mutațiilor ADN, structura multicelululară se adaptează și supraviețuiește. Acest lucru se datorează și sistemului stabilit de reparare. Lipsa capacității normale de restaurare provoacă boli, mutații și alte anomalii. Acestea includ diverse patologii de dezvoltare, oncologie și chiar îmbătrânirea în sine. Boli ereditare datorate tulburărilor de reparare pot duce la tumori maligne severe și alte anomalii ale corpului. Acum s-au identificat unele boli cauzate de defecțiuni ale sistemelor de reparare a ADN-ului. Acestea sunt, de exemplu, patologii cum ar fi sindromul de cocaină, xeroderma, cancerul non-colon al colonului, tricodiodistrofia și unele forme de cancer.