Молекулярная биология клетки
Содержание
1. История открытия
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
. Источники повреждения ДНК
. Основные типы повреждения
ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
.Устройство системы репарации
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
. Типы репарации
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
.1 Прямая репарация
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
.2 Эксцизионная репарация
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
.3 Пострепликативная
репарация
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
. Интересные факты
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
Вывод
Список
литературы
1. История открытия
<https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ssvsds.jpg?uselang=>
Однонитевое
и двунитевое повреждения ДНК
Начало
изучению репарации было положено работами А. Келнера (США
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A8%D0%90>), который в 1948
<https://ru.wikipedia.org/wiki/1948> обнаружил явление фотореактивации (ФР)
- уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми
(УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом (световая
репарация). [1]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
Р.
Сетлоу, К. Руперт (США
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A8%D0%90>) и др. вскоре
установили, что фотореактивация - фотохимический процесс, протекающий с
участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров тимина <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D0%BD>,
образовавшихся в ДНК <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>
при поглощении УФ-кванта. [3]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
Позднее
при изучении генетического контроля чувствительности бактерий
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8>
к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая репарация -
свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A> без участия видимого
света. Механизм темновой репарации облученных УФ-светом бактериальных клеток
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8>
был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964
<https://ru.wikipedia.org/wiki/1964> Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A8%D0%90>). Было показано, что у
бактерий <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8>
после облучения происходит вырезание поврежденных участков ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A> с измененными
нуклеотидами и ресинтез ДНК <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>
в образовавшихся пробелах. [22]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
Системы
репарации существуют не только у микроорганизмов
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D1%8B>,
но также в клетках животных
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5>
и человека <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BA>,
у которых они изучаются на культурах тканей
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%D1%82%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%B9>.
Известен наследственный недуг человека - пигментная ксеродерма <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0>,
при котором нарушена репарация. Репарация (от лат.
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA>
reparatio - восстановление) - особая функция клеток
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F)>,
заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в
молекулах ДНК <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>,
повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате
воздействия физических или химических агентов. Осуществляется специальными
ферментными системами клетки. Ряд наследственных болезней (напр., пигментная
ксеродерма
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B8%D0%B3%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0>)
связан с нарушениями систем репарации. Видимо, уже на ранних стадиях эволюции
ДНК заменила РНК в качественосителя генетической информации.
Этому
гипотетическому событию должны были способствовать большая химическая
устойчивость ДНК, связанная с заменой рибозы на дезоксирибозу, и двуцепочечное
строение, «скрывающее» целый ряд реакционноспособных группировок. Но несмотря
на свои «преимущества», ДНК постоянно подвергается химическим изменениям, как
спонтанным, так и индуцируемым мутагенами и даже клеточными метаболитами. Еще
одна обычная причина повреждений ДНК - радиация и ультрафиолетовое облучение.
Большинство происходящих с ДНК изменений недопустимы: они либо приводят к
вредным мутациям, либо блокирую репликацию ДНК и вызывают гибель клеток.
Поэтому все клетки имеют специальные системы исправления повреждений, репарации
ДНК. Нарушение этих систем губительно.
Принципы
репарации ДНК у различных организмов сходны, поэтому эти принципы
рассматриваются на примере E. coli, у которой они хорошо изучены. [17]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
2. Источники повреждения ДНК
Ультрафиолетовое
излучение
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>
Радиация
Химические
вещества
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>
Ошибки
репликации ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
Апуринизация
- отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова
Дезаминирование
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5>
- отщепление аминогруппы от азотистого основания[24]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
3. Основные типы повреждения ДНК
Повреждение одиночных нуклеотидов
Повреждение пары нуклеотидов
Разрыв цепи ДНК
Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных
цепей ДНК
<https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_Repair.jpg?uselang=>
ДНК-лигаза
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A-%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%B0>,
осуществляющая репарацию ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>
4. Устройство системы репарации
Каждая из систем репарации включает следующие компоненты:
ДНК-хеликаза
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%B7%D0%B0>
- фермент, «узнающий» химически изменённые участки в цепи и осуществляющий
разрыв цепи вблизи от повреждения;
экзонуклеаза
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D0%B0%D0%B7%D0%B0>
- фермент, удаляющий повреждённый участок;
ДНК-полимераза
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A-%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B0>
- фермент, синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A> взамен удалённого;
5. Типы репарации
У
бактерий
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8>
имеются по крайней мере 3 ферментные системы, ведущие репарацию - прямая,
эксцизионная и пострепликативная. У эукариот к ним добавляется еще Mismatch
и SOS-репарация.
5.1 Прямая репарация
Прямая
репарация - наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>, в котором обычно
задействованы специфические ферменты
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>,
способные быстро (как правило, в одну стадию) устранять соответствующее
повреждение, восстанавливая исходную структуру нуклеотидов
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B4>.
Так действует, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза, которая снимает
метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков
цистеина
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%B8%D0%BD>.
[20]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
5.2 Эксцизионная репарация
Эксцизионная
репарация (англ.
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B3%D0%BB%D0%B8%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA>
excision - вырезание) включает удаление повреждённых азотистых
оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы.
Эксцизионная репарация (excision repair): процесс с участием
ферментативной системы, которая удаляет короткую однонитевую последовательность
двунитевой ДНК , содержащей ошибочно спаренные или поврежденные основания , и
замещает их путем синтеза последовательности, комплементарнойоставшейся нити.
Эксцизионная
репарация является наиболее распространенным способом репарации
модифицированных оснований ДНК. Этот тип репарации базируется на распознавании
модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную
связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК. При этом
существуют гликозилазы, специфически распознающие присутствие в ДНК
определенных модифицированных оснований (оксиметилурацила, гипоксантина,
5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т.д.). Для многих гликозилаз к
настоящему времени описан полиморфизм, связанный с заменой одного из
нуклеотидов в кодирующей последовательности гена[23] <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>.
Для ряда изоформ этих ферментов была установлена ассоциация с повышенным риском
возникновения онкологических заболеваний.
5.3 Пострепликативная репарация
ип
репарации, имеющей место в тех случаях, когда процесс эксцизионной репарации
недостаточен для полного исправления повреждения: после репликации с
образованием ДНК, содержащей поврежденные участки, образуются одноцепочечные
бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации
<https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%93%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F&action=edit&redlink=1>
при помощи белка RecA
<https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=RecA&action=edit&redlink=1>.[1]
Пострепликативная
репарация была открыта в клетках E.Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это
единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.
6. Интересные факты
Полагают,
что от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D1%86%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B0>
связаны с отсутствием репарации ДНК
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>[2]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>.
Повреждение
ДНК под воздействием факторов окружающей среды, а также нормальных
метаболических процессов, происходящих в клетке, происходит с частотой от
нескольких сотен до 1000 случаев в каждой клетке, каждый час.
молекула
репликация биосинтез клетка
ВЫВОД
Основная
часть вывода представлена в таблице1. Однако, хотелось бы сказать, что
наибольшее сходство между процессом репарации и доброкачественной опухолью, где
анаплазия выражена не столь сильно, а метастазов и инвазии нет. [25]
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%9D%D0%9A>
Возможно у репарации и за онкогенеза есть еще какие - то общие, еще не
известные нам черты. Возможно некоторые процессы протекают под влиянием одних и
сигналов, возможно в геноме репарирующих клеток включаются такие же механизмы,
что и в геноме опухолевых клеток, тогда когда они выходят из нормального
клеточного цикла и начинают активно пролиферировать. Это пока еще не известно.
|
Репарация ткани
|
Раковое перерождение.
|
Воздействие.
|
Механическое повреждение ткани, вызывающее гибель клеток.
|
Реакция организма.
|
Почти сразу, проявляется в воспалении
|
Латентный период в развитии опухоли обычно длится несколько
лет.
|
Геном.
|
не поврежден.
|
В геноме есть несколько мутаций.
|
4. Пролиферация.
|
Контролируется организмом.
|
Деление не контролируемо.
|
5.анаплазия с течением процесса 6. инвазия 7.
Метастазирование
|
Снижается. К инвазии не способны Не способны
|
Растет. Инвазия существует.
Существует.
|
Список литературы
1. Б. Албертс и др./ «Молекулярная
биология клетки» Москва. Мир.1994г. - С.7-13.
. /Б.П. Ахмедов/ «Злокачественные
новообразования» Москва. Медицина. 1984г. - С.1-21.
. «Биологические основы
злокачественного роста» Сборник статей. Москва. Иностранная литература.1950г. -
С.3-11.
. / И.Ф. Сейц, П.Г. Князев
//«Молекулярная онкология» Москва, Медицина, 1986г. - С.6-12.
. «Справочник онколога» Москва.
Медицина. 1974г. - С.2-19.
. «Соросовский образовательный
журнал»//Г.И. Абелев «Что такое опухоль». 10/1997г. - С.15-21.
. «Соросовский образовательный
журнал» В.Н. Сойфер «Репарация генетических повреждений» 8/1997г. - С.13-22.
. «Соросовский образовательный
журнал» Ю.М. Васильев «Социальное поведение нормальных и антисоциальное
поведение опухолевых клеток» 4,5/1997г. - С.12-31.
. «Украинский нейрохирургический
журнал»// «Онкогенез глиом головного мозга» Киев. 9/2000г. - С.22-31.
. С. Г. Инге-Вечтомов. Генетика с
основами селекции. - Москва: Высшая школа. 1989. - С.12-21.
11. А.С.Коничев.
Г.А.Севастьянова //Молекулярная биология. - Москва: Академия. 2003. - ISBN 5-7695-0783-7 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%B0%D1%8F:%D0%98%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8_%D0%BA%D0%BD%D0%B8%D0%B3/5769507837>.
. Michael M.
Vilenchik and Alfred G. Knudson, Jr. (2000). Inverse radiation dose-rate
effects on somatic and germ-line mutations and DNA damage rates. PNAS May 9, 2000 vol.
97 no. 10 5381-5386
. Горбунова В.Н., Баранов B.C.
Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний.-
Санкт-Петербург: Специальная литература, 1997.- 286 с.
14. Клонирование ДНК. Методы: Пер. с англ./Под ред. Д. Гловера. - М.:
Мир, 1988. - 538 с, ил.
. Новое в клонировании ДНК. Методы.- Пер. с англ./Под ред. Д. Гловера.-
М.: Мир, 1989.- 368 с, ил.
. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. Рекомбинантные ДНК: Краткий курс. -М.:
Мир, 1986.- 480 с.
. Хесин Р.Б. Непостоянство генома.- М.: Наука, 1984.- 472 с.
18. Щелкунов
СЕ. Конструирование гибридных молекул ДНК. -Новосибирск: Наука, 1987.- 168 с.
Зверева С. Д., Романов Г. А. Репортерные гены для генетической инженерии
растений: характеристика и методы тестирования // Физиология растений. 2000. Т.
47, № 3. С. 479-488.
. Ли А.,
Тинланд Б. Интеграция т-ДНК в геном растений: прототип и реальность //
Физиология растений. 2000, том 47, № 3. С. 354-359
. Пирузян Э.
С., Андрианов В. М. Плазмиды агробактерий и генная инженерия растений.М.:
Наука, 1985. 280 с.
. Пирузян Э.
С. Генетическая инженерия растений. М.: Знание, 1988. 64 с.
. Пирузян Э.
С. Основы генетической инженерии растений. М.: Наука, 1988. 304 с.
. Пирузян Э.
С. Проблемы экспрессии чужеродных генов в растениях // Итоги науки и техники
ВИНИТИ. Сер. Биотехнология. 1990. Т. 23. 176 с.
.Албертс Б.,
Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. Т. 1 3. М.: Мир, 1994.