Microsoft Word 60 2012 Белясова doc

Репарация ДНК. Несмотря на высокую точность работы фермен-
тов, осуществляющих репликацию ДНК, а также на существование ме-
ханизма корректорской правки, при синтезе новых цепей ДНК все же 
происходят ошибки, связанные с включением в их состав некомпле-
ментарных нуклеотидов. Кроме того, молекулы ДНК подвергаются в 
клетках воздействию разнообразных физических и химических факто-
ров, нарушающих их структуру. К числу наиболее часто возникающих 
повреждений ДНК можно отнести следующие: 
– разрыв 
β-N-гликозидных связей между пурином и дезоксирибо-
зой (депуринизация), который чаще всего является следствием по-
вышения температуры. За сутки в клетке человека совершается от 
5000 до 10 000 актов депуринизации; 
– спонтанное дезаминирование остатков цитозина и аденина с об-
разованием соответственно остатков урацила и гипоксантина (при-
мерно 100 событий на геном в сутки); 

---

42 
– алкилирование азотистых оснований под действием химических 
веществ особого класса (алкилирующих агентов); 
– интеркаляцию (встраивание) некоторых соединений между со-
седними парами нуклеотидов; 
– образование ковалентных сшивок между цепями ДНК под дей-
ствием бифункциональных агентов; 
– образование при поглощении ультрафиолетового света (УФ) 
циклобутановых димеров (рис. 1.14) между соседними пиримидинами 
в цепи. 
Большинство перечисленных повреждений нарушают процессы 
репликации и экспрессии генов, например каждый тиминовый димер 
в ДНК E. coli задерживает репликацию на 10 с. Кроме того, эти по-
вреждения являются источником мутаций, если их исправление не 
осуществится до начала репликации ДНК.
Чаще всего подобные нарушения происходят лишь в одной из ни-
тей ДНК, при этом во второй нити напротив повреждения в большин-
стве случаев содержится «правильная» последовательность, которая 
может служить матрицей для исправления ошибок. Таким образом, 
двойная спираль ДНК, а также то, что в ней закодирована информация 
о структуре репарационных ферментов, делают возможным уникаль-
ный механизм исправления ошибок (репарацию), характерный только 
для одного класса молекул – ДНК. 
Репарационных систем и механизмов, существующих у разных 
организмов, очень много; среди них есть такие, которые специфичны 
для исправления повреждений лишь одного рода, а есть и менее спе-
цифичные. 
Для удобства все известные к настоящему времени репарацион-
ные процессы можно разделить на две категории:
1) те, что не требуют участия репликации и представляют собой 
непосредственное исправление нарушений в ДНК;
2) более сложные процессы, в ходе которых происходит репара-
ционная репликация.
Лучше всего репарационные механизмы изучены по отношению к 
исправлению повреждений, вызванных УФ-облучением, – пиримиди-
новых димеров (рис. 1.14). 
Поскольку в наиболее известных процессах репарации послед-
ствий УФ-облучения принимают участие зависимые от УФ-света фер-
менты, репарационные механизмы делят также на световую (способ-
ную осуществиться лишь на видимом свету) и темновую (не требую-
щую участия видимого света) репарацию. 

---

43 
CH
3
O
N
N
R
CH
3
O
N
N
N
N
R
O
CH
3
УФ
O
O
O
H
H
H
H
O
N
N
O
CH
3
R
R
Рис. 1.14. Образование тиминовых димеров в одной из цепей ДНК,
включающее формирование циклобутанового кольца
(состоит из четырех углеродных атомов) при взаимодействии
атомов соседних пиримидиновых оснований 
К репарационным механизмам прямого исправления повреждений 
можно отнести дезалкилирование остатков гуанина и мономеризацию 
циклобутановых димеров между соседними пиримидиновыми основа-
ниями. Дезалкилирование метилгуаниновых остатков относится к тем-
новой репарации и происходит при участии ферментов, присутствую-
щих в клетках бактерий и млекопитающих. При этом О
6
-метилгуанин-
ДНК-алкилтрансфераза катализирует перенос алкильных групп на 
сульфгидрильные группы цистеиновых остатков фермента (рис. 1.15). 
Рис. 1.15. Дезалкилирование О
6
-метилгуаниновых остатков,
которое катализируется специфической ДНК-алкилтрансферазой 
–
O
– 
O
O P
O
H 
2
C
H 
O
O
– 
O
O P 
O
N
N
N 
N
OC H 
3
NH
2
+
Фермент–SH
NH
2
N
N
N
N
O
P
O
O
–
O
O
H
H
2
C
O
P
O
O
–
O
–
О
+ 
Фермент–SH–CH
3
H

---

44 
Расщепление димеров между пиримидиновыми нуклеотидами 
происходит в процессе фотореактивации – восстановления структу-
ры молекул ДНК, поврежденных УФ-излучением, в результате после-
дующего воздействия видимого света (световая репарация). Известна 
неферментативная коротковолновая фотореактивация, которая заклю-
чается в мономеризации димеров при действии ультрафиолетового 
излучения с длиной волны 240 нм, а также ферментативная фотореак-
тивация. Последнюю обычно и подразумевают под собственно фото-
реактивацией. Этот процесс требует участия видимого света с длиной 
волны 300–600 нм и осуществляется под действием специфических 
фотореактивирующих ферментов (дезоксирибопиримидинфотолиазы). 
Субстратом фотолиазы служат димеры пиримидиновых оснований, с 
которыми она образует комплекс (с неповрежденной ДНК фермент не 
связывается). Используя энергию поглощенного света, фермент раз-
рушает димер без разрыва цепей ДНК (рис. 1.16). 
Рис. 1.16. Образование тиминовых димеров под действием УФ-облучения 
и их разрушение на свету при помощи фотореактивирующего фермента 
Явление фотореактивации широко распространено в природе и 
обнаружено даже у таких примитивных микроорганизмов, как мико-
плазмы. Фотореактивирующие ферменты найдены у некоторых выс-
ших растений и животных, а также у всех изученных бактерий, за ис-
ключением Deinococcus radiodurans, которые тем не менее чрезвы-
чайно устойчивы к действию УФ-света: эти бактерии выдерживают 
дозы в 1000 раз более высокие, чем те, которые убивают E. coli. При 
полном отсутствии способности к фотореактивации D. radiodurans 
обладает мощной системой эксцизионной репарации. 
Репарационные события, связанные с заменой искаженных участ-
ков, не требуют участия видимого света, и в них, кроме других фермен-
тов, важную роль играют нуклеазы двух типов – экзо- и эндонуклеазы. 
Экзонуклеазы осуществляют расщепление ДНК, начиная с концов це-
пей, а эндонуклеазы атакуют цепи во внутренних частях, формируя в 
ДНК однонитевые разрывы. Среди многообразия видов репарации, свя-
занной с репаративным синтезом ДНК, можно выделить два основных –