Файл: Саба 1 Апаратты дидактикалы топтама.docx

Эксцизиялық репарация (қараңғылық репарация). ДНҚ зақымдалуларының қалпына келуінің күрделі, хирургиялық отаны еске түсіретін түрлері де бар. Зақымдалған жер ДНҚ тізбегінен кесіліп алынып (ағыл. excision – кеудеген мағына береді, осыдан «эксцизиялық репарация» термині шыққан), бос қалған жер зақымдалмаған материалмен толтырылады.

Негіздердің эксцизиялық репарациясы (base excision repair–BER)зақымдалған негіздер гликозилазалар арқылы кесіліп АП сайттары толтырылады. Гликозилазалар оларға байланысып, модифицирленген негіздер мен қант дезоксирибоза арасындағы гликозиттік байланысты үзеді, нәтижесінде АП-сайттары пайда болады. АП-сайттар енді басқа ферментпен АП-эндонуклеазалармен танылады. ДНҚ тізбегінде үзілулер пайда болған сәтте келесі фосфодиэстераза ферменті іске кіріседі. Ол ДНҚ тізбегінен негізбен байланыспай қалған қантфосфаттық топты ыдыратады. ДНҚ бір тізбегінде бір нуклеотидтің орнына сәйкес қуыс пайда болады. Қуысқа қарам-қарсы ДНҚ тізбегіндегі нуклеотид зақымдалмаған. Келесі фермент ДНҚ полимераза І бос 3'ОН ұшына сәйкес нуклеотидті жалғайды. Екі бос ұштарын (қойылған нуклеотидттің 3'ОН-ұшын және ДНҚ тізбектерін бастапқыда АП-эндонуклеазамен үзгенде түзілген 5' үшын) қосу полинуклеотидлигаза арқылы іске асады. Енді ДНҚ құрылысы толығымен қалпына келтірілді: дұрыс емес негіз алынды, осы негіз байланысып түрған қантфосфаттық топ ДНҚ тізбегінен кесілді, қуыс дұрыс нуклеоитдпен толтырылды және барлық біртізбекті үзілулер қалпына келтірілді.

Нуклеотидтердің эксцизиялық репарациясы (nucleotide excision repair –NER)NER-дің BER-ден бірнеше айырмашылықтары бар.

Түрлі ферменттер жүйесінің қолданылуы. Тіпті бір ғана нуклеотидте қателік кетсе де, зақымдалған аймақтан бірден көптеген нуклеотидтер алынып тасталынады.

NER-дің негізгі маңызды кезеңдері:

1. Зақымдалған аймақ бір немесе бірнеше факторлар арқылы танылып, байланысады.

2. Зақымдалған жердегі ДНҚ молекуласы тарқатылады. Бұл үрдіске бірнеше транскрипциялық факторлар қатысады IIH, TFIIH (қалыпты транскрипция үрдерісіне қатысатын).

3. ДНҚ тізбегі зақымдалған жерден 3' және 5' ұштарынан кесіледі, нәтижесінде зақымдалған нуклеотиді бар ДНҚ кесіндісі алынып тасталады.

4. ДНҚ полимеразалар дельта немесе эпсилон арқылы жаңа тізбек зақымдалмаған тізбекке комплементарлы синтезделеді.

5. Синтезделген кесінді лигаза арқылы тізбекке жалғанады.

Жұптаспаған негіздердің репарациясы (мисмэтч).

---

ДНҚ репликациясы кезінде жиі ( E. coli ішек таяқшасында 10 мың жұп нуклеотидке бір, ал эукариоттарда одан да жиірек) жұптасу кезінде қателіктер кетіп отырады. Нәтижесінде комплементарлы нуклеотидтер А + Т немесе Г + Ц орнына жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде матрицалық тізбекке комплементарлы емес (оларды мисмэтчтар деп атайды - ағыл. mismatch) нуклеотидтер қойылады.

Негіздердің жұптаспуы кезінде жоғарыда сипатталған репарация жағдайларында ғана мофицирленген немесе зақымдалған негіздерде және нуклеотидтерде, ДНҚ құрылысында ерекше нуклеотид пайда болмайды, тек оның жұптасу сипатында ерекшелік болады. Жұптаспаған негіздер (репликация қателіктері) тек жаңа синтезделген ДНҚ тізбегіне ғана қатысты. Матрицалық тізбек репликация кезінде өзгеріссіз қалады (матрицалық тізбекте өзгерістер болып, ол өзерістер репарация арқылы жөнделмесе, бұл мутация болып табылады және репликация кезінде келесі жасушаның барлық ұрпақтарына беріліп отырады). Сондықтан, мисмэтч репарация жүйесі жаңа синтезделген тізбекке бағытталып, осы тізбектегі комплементарлы емес нуклеотидттерді түзетуі қажет. Бұл жағдайда жасушалар жаңа синтезделген тізбек пен матрицалық тізбек құрылымындағы маңызды ерекшеліктерді пайдаланады. Репликация аяқталған соң, арнайы метилаза ферменттері ГАТЦ қатарындағы аденинге метил тобын жалғайтындығы анықталды. Сондықтан, репликацияның келесі кезеңінде ДНҚ тізбектерінде айырмашылықтар болады: матрицалық тізбек аденин метилденген, ал жаңа синтезделген тізбекте репликация аяқталғанға дейін аденин метилденбейді. Олардың метилденуі тек репликация аяқталған соң жүреді. Метилдену жүргенге дейін мисмэтч репарациясы жүріп үлгеруі қажет.

Ішек таяқшасында бұл үрдіс төрт гендердің өнімдері арқылы іске асады: MutH, MutL, MutS и MutU. Мисмэтч үрдісі комплементарлы емес негізге mutS ақуызының келіп байланысуынан басталады. Онымен бірден mutL ақуызы және mutH ақузының екі молекуласы келіп байланысады. mutH ақуызының әрқайсысы ГАТЦ қатарлары орналасқан аймағын таниды және эндонуклеазалық белсенділікке ие сондықтан, ДНҚ метилденбеген тізбегі осы қатарлардан аденинге жақын жерден кесіледі. Егер мұндай кесу адениннің 5' жағынан жасалынса, тағы бір фермент-эндонуелеаза байланысып, ДНҚ тізбегін 5'→3' бағытында ыдыратады. Бұл фермент ДНҚ тізбегін жұптаспаған негіздерге жеткенге дейін, тіпті одан біраз алысқа дейін нуклеотидтерді ыдыратады. Егер біріншілік кесу мисмэтчтың 3' ұшынан mutH ақуызымен эндонуклеаза арқылы бірлессе іске асса, онда басқа ДНҚ тізбегінің 3'→ 5' қозғалатын экзонуклеаза қажет. Оның жұмысы мисмэтчты жойғанға дейін жалғасады. Содан кейін, 5'→3' бағытындағы сияқты, 3'→5' эндонуклеазалардан кейін болған бос орындарға ДНҚ полимеразалар нуклеотидтермен толтырады, ал ұштары лизгазамен жалғанады.

---

Пострепликативтік (рекомбинациялық) репарация. 1968 жылы американдық ғалымдар У. Рапп және П. Ховард-Фландерс УК-сәулесі арқылы эксинуклеаза ферментін синтездейтін гендері зақымдалған бактерияларды зерттеді. Эксцизиялық репарацияның жүруі мүмкін емес еді. Тәжірбие қараңғыда жүргізілгендіктен фотрореактивацияның жүруі де мүмкін емес еді. Бұл жасушаларда матрицалық ДНҚ молекуласы құрамында көптеген, қырқылмаған тиминдік димерлер болды. Нәтижесінде жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде тиминдік димерлерге қарама-қарсы бос қуыстар пайда болады. Жасуша мұндай өзгерістерді түзету үшін рекомбинация механизміне ұқсас әдісті қолданады. ДНҚ марицалық тізбегіне комплементарлы (ол зақымдалмаған болатын) репликация аяқталған тізбектен recA ақуызы көмегімен бос қуысқа сәйкес ДНҚ кесіндісі қырқылып алынып, қуыс толтырылады. Содан кейін лигаза ферменті койылған кесіндінің ұштарын жаңа синтезделген тізбек ұштарымен жалғайды. Бірмезгілде қуысқа сәйкес матрицалық тізбетен кесіліп алынған орын ДНҚ полимераза І арқылы толтырылып, ұштары лигаза арқылы жалғанады.

---

SOS-репарациясы. Егер жоғарыда айтылған репарациялық жүйелер арқылы ДНҚ молекуласындағы өзгерістерді жөндлмей қалып қойса, ал жасуша репликациялану сәтіне жетсе не болады? Репликация үрдісі бірінші түзетілмеген зақымдалған жерге келгенде тоқтап, ондай зақымдаулар өте көп болса, жасуша жойылуы қажет. Мұндай жағдайда жасушада, 1974 жылы югославиялық ғалым Мирослав Радманмен ашылған, қауіпті репарация механизмі іске асады. Мұндай жағдайда арнайы ақуыздар синтезі іске қосылып, ДНК полимеразамен кешен түзіп, оның жұмысын «дөрекілендіретін» осындай «бұзылған» кешен ДНҚ молекуласының жаңа тізбегін матрицалық тізбектегі қателіктерге қарама-қарсы синтездейді, бірақ, жаңа синтезделген ДНҚ тізбегінде көптеген қателіктер, мутациялар пайда болатындығын анықтады.

SOS-репарациялар нәтижесінде жасуша бұл кезеңдегі жойылудан аман қалады: оның ДНҚ молекуласы қателіктермен болса да екі еселеніп, жасушаның бөлінуі жүре алады, бірақ, бәрібір де өмірлік маңызды қызметтерге зақым келген болса, мұндай жасушалар кейінірек дұрыс қызымет атқара алмау нәтижесінде жойылады. Егер де, пайда болған мутациялар летальды әсер етпесе, жасуша жақсылы-жаманды болса да тіршілігін сақтайды және оның келесі ұрпақтарының бәрі бір уақытта болған осы мутациялық апаттың зардабын ұрпақтарына беріп отырады.

Репарациялық жүйедегі ақаулықтар және тұқымқуалайтын аурулар. Арнайы бақылаулар арқылы сүтқоректелердің және адамдардың ұрық жасушалары линияларының геномында жылына 6 нуклеотидтік алмасулар болатындығы анықталған. Сомалық жасушаларда да осындай мутациялар болуы мүмкін.

Олардың жылдар бойы жинақталуы, жас ұлғайған сайын рак жасушаларының пайда болу қаупін жоғарлатады. Жалпы алғанда, барлық рак ауруларының 80 - 90% ДНҚ репарациясының іске аспауымен байланысты.

Қазіргі уақытта жасушаның өзгерістерді жөндей алу қабілетімен тек мутациялар ғана емес, сонымен қатар, тұқым қуалайтын аурулардың және ісіктердің пайда болуы, қартаю сияқты түбегейлі үрдістер толығымен байланысты екендігі анық.

Көптеген тұқымқуалайтын аурулар да репарация жүйесінің қызметінің дұрыс болмайына байланысты. Оларға жатады: 1) пигменттік ксеродерма (тері пигментациясының өзгеруі, тері жамылғысының мүйіздену, эпидермистегі атрофикалық өзгерістер, дәнекер ұлпаларының дистрофиясы, қатерлі ісіктер; 2) триходистрофия (шаш жасушаларында күкірттің жеткіліксіздігі нәтижесінде олардың сыңғыш болуы, тері мен тістердің аномалиялары, жыныстық жетілудегі бұзылыстар; 3) Коккейн синдромы (бойдың қысқалығы, кереңдік, көру нервісінің атрофиясы т.б.); 4) Фанкони анемиясы (қанның барлық элементтерінің санының азаюы, қаңқадағы өзгерістер, микроцефалия, кереңдік) және т.б. аурулар.

---

Гендік (нүктелік) мутациялардың молекулалық-генетикалық механизмдері

Гендік мутациялар (нүктелік мутациялар немесе трансгенациялар) дегеніміз бұл – ДНҚ молекуласында бір геннің нуклеотиттер қатарын қамтитын құрылысындағы өзгерістер.

Гендік мутацияның себептері бұл – физикалық, химиялық және биологиялық мутагендік факторлар. Көбінде, химиялық мутагендік факторлар ДНҚ молекуласындағы өзгерістерге алып келеді.

Гендік муатациялар екі классқа бөлінеді:

1) репликация қателіктері – жұп негіздердің алмасуы. Азоттық негіздердің алмасуы. Аталған мутациялардың себептері: а) репликация қателіктері; б) арнайы химииялық агенттердің әсері. Химиялық агенттер әсерінен қосылған нуклеотидтің азоттық негіздерінің құрылысы өзгеруі мүмкін.

Синтезделіп жатқан ДНҚ молекуласына негізі өзгерген нуклеотидтің қате жалғануы себеп болуы мүмкін. Егер бұл өзгеріс репарация ферменттері арқылы анықталмайтын болса, өзгерген негіз репликация үдерісіне қатысып, жұп негіздердің басқа негізге алмасуына алып келеді.

Бір пуриндік негіздің (аденин) басқа пуриндік негізге (гуанин), бір пиримидиндік негіздің (цитозин) басқа пиримидиндік негізге (тимин) алмасуы транзиция деп аталады.

Бір пуриндік негіздің (адениннің немесе гуаниннің) пиримидиндік негізге (цитозинге немесе тиминге) алмасуы трансверсия деп аталады.

Азоттық негіздің алмасуынан болатын мутация алғашында ДНҚ молекуласының бір тізбегінде болады. Егер ол өзгерістер репарация механизмдері арқылы түзетілмесе, келесі репликация кезінде өзгерістер ДНҚ молекуласының екі тізбегінде де сақталып қалады.

2) оқылу ретінің жылжуы (фреймшифт) – нуклеотидтердің түсіп қалуы немесе қосылуы нәтижесінде болады. Мұндай мутациялар жиірек кездеседі және жасуша үшін қауіпті.

Аталған өзгеріс ДНҚ молекуласына кейбір химиялық элементтер әсер еткенде, сонымен қатар, радиоактивті сәулелену нәтижесінде орын алады. Осындай өзгерістер салдарынан полипептидтік тізбектің аминқышқылдық құрамының, ақуыздың құрылысы мен қызыментінің бұзылуы, фенотиптің өзгеруі болады.

Инверсия – мутацияның бұл типі ДНҚ молекуласының белгілі бір бөлігінің 180° бұрылуынан болады. Бұл өзгерістер химиялық агенттердің және кейбір физикалық факторлардың репликация және рекомбинация үрдістерінің молекулалық-генетикалық механизмін бүзуы нәтижесінде орын алады.

---