ДНҚ молекуласындағы бұзылыстардың қайта қалпына келуі

Белгілі мутагендердің мутагендік және летальдық қасиеттері ДНҚ молекуласындағы құрылымдардың бұзылысымен сипатталады. Мысалы, адам геномында әруақытта кездейсоқ өзгерістер (бұзылыстар) болып отырады, бірақ-та олардың тек кейбіреулері ғана сақталады (өте сирек жағдайда). Яғни, азоттық негіздердің шамамен 1000 алмасуының тек біреуі ғана мутацияға әкеледі. Мұның себебі, мұндай бұзылыстардың барлығы организмде қайта қалпына келтіріліп отырады. ДНҚ молекуласының қайта қалпына келу процесі қалыпқа келу немесе ДНҚ-ның репарациясы деп аталады.

ДНҚ молекуласының қалпына келу сипаты және механизмі УК-сәулесімен индукцияланған бұзылыстардың мысалында толық зерттелген. УК-сәулелеріне сезімтал клеткалардың ДНҚ-да пиримидинді негіздердің пиримидинді димерлерге, оның ішінде тиминді димерге өзгерумен сипатталатын фотохимиялық бұзылыстар туындайды. Тиминді димердің түзілуі бір тізбек бойындағы көрші тиминді негіздің көміртегіне екінші тиминнің көміртегі байланысуымен сипатталады. Сэулеленуге ұшыраған ДНҚ молекуласында тиминдік димердан басқа цитозин-тиминді және цитозин-цитозинді димерлер де түзіледі. Бірақ-та олар көпшілік жағдайда сирек кездеседі. Гендегі негіздердің соңғы жағының димерленуі ДНҚ молекуласының транскрипциясы және репликациясының басылуына әкеледі. Ол сонымен қатар мутацияға да әкеледі, нэтижесінде клетка өлімге немесе малигнизация процесіне ұшырайды.

Көптеген организмдерде, оның ішінде адамда да, ДНҚ молекуласы бұзылысының қайта қалпына келуінің бір механизмі клеткаларды алдын ала УК-сәулесімен өңделген көрінетін жарықта экспозициялауға негізделген. Бұл клетканың өлімге ұшырауын бірнеше есеге төмендетеді. Бұл ДНҚ тізбегінде түзілген пиримидиндік димерлердің жарықтың және арнайы жарыққа тәуелді ферменттердің әсерінен ажырауымен сипатталады (фотореактивация). Сәулеленуге ұшыраған ДНҚ молекуласынан пиримидинді димерлерді жоюдың екінші механизмі қараңғы репарация немесе «кесу-қалпына келтіру» деген атпен белгілі. Бұл да фотореактивация сияқты ферменттер арқылы іске асырылады, бірақ-та бұл күрделі процес және қараңғыда жүреді. Мұнда тиминді димерлер ДНҚ-ның қалыпты бөлігі мен бұзылысқа ұшыраған бөлігіндегі нуклеотидтер арасындағы фосфодиэфирлік байланыстардың гидролизін тудыратын ДНҚ-ның репарациясына қатысатын нуклеаза ферменттері көмегімен «кеседі», нәтижесінде ол жерде бос кеңістік түзіледі. Сонан соң ДНҚ-полимераза ферменті арқылы комплементарлы принципке сай бос кеңістіктер қайта қалпына келтіріледі. ДНҚ молекулалары сәулеленуге ұшыраған клеткаларда пиримидиндік димерлердің жойылуы және түзілген бос кеңістіктің «кесілуі» және «жалғануы» және қант фосфаттық байланыстардың қалпына келуі ДНҚ-лигаза ферменті арқылы жүзеге асырылады. Сонымен бұл механизмнің іске асырылуына негізінен үш репарациялық ферменттер қатысады.

ДНҚ молекуласы бұзылысының қайта қалпына келуінің үшінші механизмін репликациядан кейін немесе рекомбинациялық қалпына келу деп аталады. УК-сәулесімен сәулеленген клеткалардағы ДНҚ синтезі димерге дейін қалыпты жүреді, әрі қарай ферменттің жылжуы бірнеше секундқа жай жүреді, сонан соң димердің келесі бетіне ауысып қайта қалыпты жүреді. Мұнда ДНҚ-полимераза ферменті димердің үстінен секіріп өткендіктен жаңадан түзіліп жатқан ДНҚ тізбегінде бос кеңістік түзіледі. Нәтижесінде жаңадан түзілген ДНҚ тізбегінде бос кеңістіктер, ал ескі тізбекте пиримидинді димерлер пайда болады. Яғни бір дуплексте димер түзілген аймақ жаңа түзілген тізбекте толық сақталады. Бұл процес жаңадан түзілген ДНҚ тізбегіндегі бос кеңістіктің келесі бір басқа бос кеңістікпен байланысу арқылы ДНҚ молекуласының репликациясынан кейінгі рекомбинациясымен аяқталады. Бұл байланыс қайта қалпына келу синтезіне мүмкіндік береді, яғни әр түзілген бос кеңістікте қалпына келу процесі жүреді. Әр кеңістікте жүретін рекомбинациялық құбылыс бастапқы әрі қарай репликацияға қабілетті ДНҚ молекуласының қалпына келуіне ықпалын тигізеді. ДНҚ молекуласының рекомбинациялық қалпына келуі бірнеше рекомбиназа белоктары көмегімен жүзеге асырылады.

Клеткалардың эволюциясы нәтижесінде оларда ДНҚ моле-куласы бұзылған жағдайда синтезделетін ферменттердің осы репарацияға қатысатын қасиеті қалыптасты. Мысалы, Е. соlі бактериясында SOS-репарация деп аталатын репарация ашылды. Яғни ДНҚ молекуласының репликациясы кезінде пайда болған қандай да болмасын бұзылыс нэтижесінде клеткада репарацияға қатысатын белоктардың синтезіне жауапты гендердің (15-тен көп) транскрипциясы артады. Бұл процесс клеткалардың өмір сүргіштігінің жоғары-лауымен сипатталады. Егер де ДНҚ молекуласында метильденген нуклеотидтер болатын болса, онда бұл кезде активтенетін репарациялық жүйе де белгілі болады. Осындай репарациялық жүйе эукариот клеткаларында да болуы мүмкін.

Адамда хромосомалық рецессивті белгі арқылы тұқым қуалайтын және терінің күн сәулесіне сезімталдылығымен сипатталатын «ксеродерма пигментозум» деп аталатын синдром белгілі. Нэтижесінде теріде шамадан тыс пигментация жүреді де, соңынан тері клеткалары малигнизацияға ұшырайды, яғни тері ісігі туындайды. Бұл синдромның пайда болуы ДНҚ молекуласында тиминді димерлердің кесілу қабілеттіліктерінің төмендігіне байланысты болады. Сондай-ақ күн сәулесіне жоғары сезімталдылықпен сипатталатын Блум синдромы да белгілі. Бұл да рецессивті тұқым қуалайды. Мұнда организмдегі хромосомалардың хроматидтік бөліктерде алмасулар жүреді және ол хромосомалық аберрациялармен сипатталады. Бұл ауруда іртүрлі ісік ауруларымен ауру жиілігі жоғары және ең негізгісі, мұнда ДНҚ молекуласының қалпына келу процесі мүлде жүрмейді. «Ксеродерма пигментозум» және Блум синдромдарымен ауыратын адамдарда иммундық жетіспеушілік болады.

ДНҚ молекуласының күн сәулесі (УК-компоненттерімен) арқылы қалыпты бұзылысы «кесілу-қалпына келу» арқылы қалпына келеді. Организмдегі кейбір клеткалардағы рентген сәулелері арқылы пайда болған бұзылыстар немесе екінші реттік бұзылыстар рекомбинация көмегімен немесе рекомбиназа-ферменттерінің қатысында басқа механизм арқылы қалпына келеді. Сонымен қатар, УК-сәулелері арқылы туындайтын ДНҚ молекуласындағы бұзылыстардан бөлек рентген сәулелерінен пайда болған ДНҚ бұзылыстары рекомбинация процесі арқылы репликацияға дейін қалпына келетіні анықталды.

ДНҚ молекуласындағы химиялық мутагендердің әсерінен туындайтын бүзылыстар жоғарыда сипатталған механизмдер арқылы іске асырылады. Организмдегі әр ДНҚ молекуласының қалпына келу механизмі негізінен сол ДНҚ-ның қорғаныш жүйесі болып табылады. Сонда да болса, ДНҚ молекуласының қалпына келуінде де нәтижесінде мутацияға әкелетін «қателер» болады.

Организмдегі репарация процесі механизмдерін қорытындылай келе, ДНҚ молекуласының бұзылысының репарациясы гендердің тұрақтылығын қамтамасыз етеді және ол ДНҚ-ның екі тізбегінің сақталуына негізделген деуге болады. Осының арқасында бұзылысқа ұшыраған бір тізбек сау келесі тізбектің арқасында қайта қалпына келе алады. Бірақ-та организмде генетикалық ақпараттардың сақтаушысы болса да олардың химиялық тұрақтылығы шектеулі. Клеткада өте жоғары жиілікте ДНҚ молекуласының тотығуы, ферментсіз метильденуі және гидролизі жүріп отырады. Бұл реакциялар ДНҚ-ның қалпына келуі процесімен әрекеттеседі. ДНҚ молекуласының кездейсоқ (спонтанды) ыдырауы мутагенездің, карциногенездің және организмнің қартаюының негізгі факторы болуы мүмкін деп есептеледі. Сонымен, ДНҚ молекуласы қарама-қарсы құрылым болып табылады. Бір жағынан, яғни тұрақтылық жағынан қарасаңыз ол өте консервативті, ал екінші жағынан қарасаңыз ол ыдырауға дайын тұрады.

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: