24.24. Повреждения ДНК постоянно репарируются

Поскольку множество химических и физических агентов вызывает в ДНК повреждения, во всех клетках имеются специальные механизмы для исправления этих повреждений. Основания в ДНК могут изменяться и теряться, фосфодиэфирные связи остова могут разрываться, а две цепи могут поперечно сшиваться друг с другом. Эти повреждения образуются под действием ионизирующей радиации, ультрафиолетового облучения и различных химических веществ. Многие повреждения в ДНК поддаются исправлению, так как генетическая информация записана в обеих цепях двойной спирали. Благодаря этому информацию, утраченную одной из цепей, можно извлечь из другой цепи.

Один из наиболее хорошо изученных механизмов репарации - вырезание пиримидинового димера (рис. 24.45), который образуется при действии на ДНК ультрафиолетового света. Соседние пиримидиновые остатки в одной цепи ДНК могут в этих условиях образовать ковалентную сшивку. Такой пиримидиновый димер не укладывается в двойную спираль, так что репликация и экспрессия генов оказываются блокированными до тех пор, пока повреждение не будет удалено.

В осуществлении этого процесса важную роль играют четыре ферментативные активности (рис. 24.46). Первая из них - УФ-специфичная эндонуклеаза - находит место повждения и вносит одноцепочечный разрыв вблизи от димера, обычно с -стороны.

Рис. 24.45. Модель димера урацила, образованного под действием ультрафиолетового облучения. Тиминовый димер имеет примерно такую же структуру.

Участок, содержащий димер, выпячивается из двойной спирали, что позволяет ДНК-полимеразе I (или другой подобной полимеразе) провести репарационный синтез в направлении Затравкой при этом служит 3-конец разорванной цепи, а матрицей - интактная комплементарная цепь. Затем область, где расположен пиримидиновый димер, вырезается под действием -нуклеазной активности ДНК-полимеразы. Наконец, новосинтезированная цепь и остаток той же цепи ДНК соединяются ДНК-лигазой. Другой путь репарации - фотохимическое расщепление пиримидинового димера. Почти все клетки содержат фотореактивирующий фермент, который узнает димер и расщепляет его на исходные основания, используя энергию поглощенного синего света.