Лекция номер 11

Тема на лекцията: Молекулни механизми на ДНК мутагенеза и възстановяване

План на лекцията: 1. Механизми на точкови мутации

2. Разширяване на тринуклеотидни повторения

3. Директна корекция на мутационните щети

3.1. Възстановяване на ДНК полимераза

3.2. Лек ремонт

3.3. Ремонт на алкилиращи повреди

3.4. Поправка на лигаза

4. Ексцизионен ремонт

4.1. Тъмен ремонт

4.2. Ремонт на несдвоени основи

4.3. Пост-репликативен ремонт

4.4. SOS - ремонт

1. Механизми на точкови мутации

Основното механизми точкови мутации (както спонтанно, така и индуцирано):

1. Ензимна модификация на структурата на нуклеотидите.

2. Грешки при репликация.

3. Грешки при възстановяване.

4. Въздействие на мутагенни фактори.

И така, в E.coli голям брой спонтанни мутации възникват от ензимен модификации цитозин. Ензим метилаза добавя групата -CH3 към някои от цитозиновите остатъци в ДНК молекулата, се образува 5-метилцитозин. В резултат на това има преходи от G-C към AT.

Сега що се отнася до грешки при репликация, по-точно, грешки в работата на ДНК полимеразите, тогава те се срещат с честота около 10 -5 . Коригиращо 3'-5'-екзонуклеазна активност ДНК полимеразите намаляват тази честота до 10 -10. Репаративните процеси допълнително намаляват възможността за подобни грешки. Въпреки това техният брой все още е достатъчен за появата на мутации.

Грешки възникват в молекулярни механизми репарации.

Между мутагенни фактори, известно е, че излъчва йонизиращо и нейонизиращо лъчение, както и химични и биологични агенти.

Прониквайки в тъканта, йонизиращо лъчение разкъсват химическите връзки, включително в ДНК. В резултат на това се получават хромозомни пренареждания и прекъсвания, както и точкови мутации.

Ултравиолетова светлина той не е йонизиращ, но е доста ефективен мутаген. Това се дължи на факта, че пурините и пиримидините интензивно абсорбират ултравиолетовата светлина с дължина на вълната 254-260 nm, което води до образуването на димери между молекулите тимин разположени един до друг в една и съща верига на ДНК или на противоположни вериги. Димерите на други пиримидини се образуват с много по-ниска честота. Появата на димер води до изпъкналост в ДНК веригата. Повечето от тези нарушения се възстановяват, а останалите неремонтирани водят до мутации.

Много химични съединения може да предизвика мутации. Това са аналози на основи; основни модифициращи съединения; интеркалиращи агенти.

Основни аналози по молекулярна структура те много приличат на обикновените азотни основи. Тези съединения причиняват мутации, защото могат да съществуват алтернативно (тавтомерен) държави. Във всяко от двете състояния аналозите се сдвояват с различни нормални бази, в резултат на което могат да бъдат заменени. например, 5-бромурацил в нормално състояние се сдвоява с аденин, в по-рядко тавтомерно състояние с гуанин.

Базови модифициращи агенти. Редица химически агенти действат като мутагени, като директно модифицират химическата структура на основите. Те включват дезаминиране, хидроксилиране и алкилиращ агенти.

Азотна киселина (HNO2) извършва окислително дезаминиране, т.е. премахва аминогрупи (-NH3) от основи като гуанин, цитозин и аденин.

Например, когато се модифицира цитозин, се получава урацил (който се сдвоява с аденин). В резултат на това има преход от C-G до T-A по време на акта на репликация.

Друг мутаген, модифициращ базата, е хидроксиламин (NH2ОХ), който специфично реагира с цитозин, добавяйки хидроксилна група (-OH), в резултат на което вече се сдвоява не с гуанин, а с аденин.

И накрая, помислете алкилиращ агент метилметансулфонат, алкилиращ гуанин, т.е. той добавя групата -CH3 или -C2H5 към 6-позиционния кислород, което води до образуването на О6-алкилгуанин или О6-метилгуанин. Метилираният гуанин ще се сдвои не с цитозин, а с тимин.

Интеркалиращи агенти. Тази група включва профлавин, акридин, етидиев бромид и др. Те са вградени (интеркалирани) между съседни нуклеотиди в едната или и двете вериги на ДНК.

Ако се вмъкне интеркалиращ агент между съседни основи в матричната ДНК верига (фиг. 8.6), допълнителна основа, в случая G (неговият избор е случаен), се включва в новосинтезираната верига и възниква мутация изместване на рамката. Подобна ситуация ще се случи при отстраняване на интеркалиращия агент.

Вмъкванията се случват много често в клетката мобилни елементи. Когато подвижният елемент се изрязва от мястото за вмъкване, може да възникнат заличавания на съседния материал.

Има такова нещо като горещи точки мутации (горещи точки) Има ли генни региони, в които честотата на мутация е с 1 ... 3 порядъка по-висока, отколкото в съседните сайтове. За всеки мутаген те са различни и тяхната локализация е свързана със специфичността на ефекта на мутагена върху ДНК молекулата.