ПОВРЕЖДЕНИЕ ХРОМОСОМ И ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ РЕПАРАЦИЯ
 |
Ионизация вызывает три основных типа повреждения: одиночные и двойные разрывы нитей ДНК и повреждения азотистых оснований (рис.12). ДНК также подвержены постоянным повреждениям, которые обусловлены не только ионизирующим излучением, но и ультрафиолетовым излучением, химическими агентами и т.д. Значительная часть энергии клетки как раз и расходуется для репарации, т.е. восстановления и поддержания постоянства последовательности оснований в ДНК (т.е. генетического кода). Однако не все повреждения ДНК равнозначны по последствиям, к которым они приводят.
Число одиночных разрывов линейно зависит от дозы облучения в очень широком диапазоне (от менее чем 0,2 Гр до 60 000 Гр). Другими словами, как бы ни мала была доза облучения, должно возникать определенное число разрывов одной из нитей ДНК.
 |
Рис. 12. Три основных типа радиационных повреждений в молекуле ДНК:
1 – одиночные разрывы; 2 — двойные разрывы; 3 – повреждение оснований; 4 — исходная нормальная ДНК
Эффективность образования таких одиночных разрывов нитей может меняться в зависимости от многих биохимических факторов. При этом средняя энергия на один разрыв для излучения с низкой ЛПЭ составляет 1,6·10-18 
3,2·10-18 Дж (вспомним, что потенциал ионизации для кремния — порядка 5,76·10-19 Дж, а для воздуха — порядка 56·10-19 Дж). Обычно значительная часть одиночных разрывов нитей происходит с участием ОН — радикалов воды. Восстановление одиночных разрывов нитей ДНК в клетках млекопитающих происходит достаточно эффективно. Считают, что оно протекает по механизму эксцизионной репарации, который состоит в эксцизии (вырезании) части цепи, содержащей поврежденные звенья ДНК, и использовании комплементарной (неповрежденной) цепи в качестве матрицы для повторного синтеза нового отрезка ДНК взамен поврежденного. Процесс является ферментативным и зависит от температуры, а при 0°С значительно замедляется. В клетках млекопитающих скорость репарации такова, что при нормальной температуре половина радиационных одиночных разрывов восстанавливается в течение примерно 15 минут. Поскольку одиночные разрывы репарируются даже в летально облученных клетках, можно предположить, что они не являются причиной гибели клеток, в отличие от двойных разрывов или поврежденных оснований. Но такие нерепарированные одиночные разрывы вносят свой вклад в образование двойных разрывов, потому что двойные разрывы ДНК могут быть или результатом единичного события ионизации, или следствием совпадения одиночных разрывов в комплементарных цепях. Есть экспериментальные доказательства того, что и двойные разрывы могут репарироваться. Пока есть только теоретическая модель для объяснения возможного механизма репарации двойных разрывов ДНК, вызванных облучением.
|
|
|
|
|
|
Число повреждений азотистых оснований ДНК линейно зависит от дозы. Скорее всего, они возникают в результате взаимодействия со свободными радикалами воды ОН.
Повреждения азотистых оснований в клетках млекопитающих встречаются чаще, чем одиночные разрывы нитей ДНК, однако уже рассмотренный нами механизм эксцизионной репарации обеспечивает удаление поврежденных оснований. Нерепарированные повреждения оснований могут играть важную роль для клеток высших животных, а для простейших они являются значимыми факторами гибели.
В силу множества различных повреждающих факторов, репарация ДНК — основа нормального функционирования клетки, но полная репарация происходит не всегда. Установлено, что уже при дозе 1 Гр в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10—100 двойных разрывов, каждый из которых может привести к неприятным последствиям.
Описываются, как правило, три вида репараций. Во-первых, безошибочные репарации, главным образом эксцизионные, не вызывающие в дальнейшем летального исхода или мутаций. Репарации этого типа основаны на удалении поврежденного участка ДНК и замене его неповрежденными нуклеотидами, что приводит к восстановлению нормальной функции ДНК.
|
|
|
Во-вторых, ошибочные репарации, которые могут повлечь за собой нелетальные или летальные мутации. Это имеет место тогда, когда не происходит немедленной репарации повреждений. Они обходятся во время репликации ДНК, приводя к образованию пробелов в дочерних нитях. Затем эти пробелы заполняются отрезками материнской нити ДНК в процессе рекомбинации, а возникшая таким образом брешь материнской нити ДНК заполняется путем репаративного синтеза. В этом случае поврежденный участок фактически не репарируется, а обходится, и потерянная генетическая информация восполняется из дублированных запасов информации, содержащейся в клетке.
Пострепликативная репарация не играет какой-либо существенной роли в устранении радиационных повреждений ДНК в клетках млекопитающих.
В-третьих, существуют неполные репарации, когда непрерывность нитей ДНК не восстанавливается, и эта нерепарация может быть не только мутагенной, но даже летальной.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 87; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!