Повреждение ДНК и мутации
Медицинская экология / Наследственность и окружающая среда / Повреждение ДНК и мутации
Страница 1

Поддержание структуры и функций генетического аппарата, безошибочная реализация генетической информации существенны в жизни клетки. Как известно, ДНК является двойной спиралью полинуклеотидных цепей, содержится в ядре клетки, где организована в хромосомах и связана с хромосомными белками. Единицей генетического кода является триплет нуклеотидов — последовательность трех азотистых оснований, которая определяет порядок аминокислот в первичной структуре белка. Передача генетической информации однонаправлена и включает несколько этапов - транскрипцию (синтез мРНК), трансляцию (синтез протеина на рибосомах) и процессинг, т.е. посттрансляционную модификацию (рис. 6.1). В человеческом геноме имеется около 3 млрд азотистых оснований, что соответствует примерно 80 тыс. генов. Общая длина ДНК половой клетки - около 1 м. Меньшая часть (примерно от 5 тыс. до 30 тыс.) из упомянутых генов дифференцированной клетки человеческого организма активна в каждый данный момент времени. Рис. 6.1. Этапы синтеза белка

Рис. 6.1. Этапы синтеза белка

Мутагенезом называют последовательность событий, ведущих к мутации клетки. Этот процесс включает несколько стадий: воздействие на клетку, возникновение повреждений в ДНК, неполную репарацию, репликацию поврежденной ДНК, клеточное деление. Мутантный фенотип реализуется в дочерней клетке.

Изменения структуры ДНК могут происходить под влиянием различных факторов: эндогенных и экзогенных, т.е. факторов внешней среды. К первой группе относятся факторы, обусловленные ошибками репликации. В целом, правильная структура молекулы ДНК поддерживается при репликации множеством белков, включая ферменты репарации этой макромолекулы. Репликация осуществляется с большой точностью. Возможна одна ошибка на 10 пар азотистых оснований. Так как репликация в любой соматической клетке включает 0,6 • 10 пар оснований, случайные ошибки могут произойти почти при каждом делении. В большинстве случаев ошибки могут быть связаны с «молчащими» участками молекулы ДНК, которые составляют подавляющую часть генома и не представляют дальнейшей опасности.

Ко второй группе факторов относятся многочисленные компоненты внешней среды: физические, химические и биологические, которые способны модифицировать ДНК. К таким генотоксичным агентам можно отнести ионизирующее, ультрафиолетовое излучения, воздействие многочисленных ксенобиотиков и вирусов. Радиация, к примеру, вызывает как образование одно- и двунитевых разрывов полинуклеотидных цепочек ДНК, так и модификацию азотистых оснований. Ультрафиолетовое излучение является причиной образования тиминовых димеров. Многие генотоксичные ксенобиотики способны присоединяться к азотистым основаниям, образуя аддукты. Помимо этого, возможны химическая модификация или потеря азотистых оснований (апуриновые сайты), образование дополнительных ко-валентных связей между цепочками ДНК с окружающими ее белковыми молекулами и др. (рис. 6.2). Вирусный геном может встраиваться в участок ДНК какого-либо гена.

Эффективная защита от спонтанных и экологически вызванных повреждений ДНК существенна для клеточного выживания и здоровья индивидуума. Ограниченное повреждение ДНК, если оно имеет место в неактивном гене. Рис. 6.2. Типы повреждений структуры ДНК и агенты, их вызывающие

Рис. 6.2. Типы повреждений структуры ДНК и агенты, их вызывающие Рис. 6.3. Упрощенная схема механизма репарации ДНК после ковалентного связывания генотоксического агента (аддукта)

Рис. 6.3. Упрощенная схема механизма репарации ДНК после ковалентного связывания генотоксического агента (аддукта)

может оказывать незначительное влияние на клеточные функции. Напротив, повреждение в реплицирующейся ДНК всегда связано с последствиями. Недостаток времени на восстановление или неполная репарация при продолжающейся репликации могут фиксировать повреждения ДНК, приводя к необратимым генетическим повреждениям. Эта стадия, именуемая фиксацией, может вести непосредственно к мутации и структурным изменениям хромосом. Следовательно, повреждение должно быть удалено перед синтезом новых цепочек ДНК. В процессе эволюции появилось множество различных механизмов репарации, которые справляются с разнообразными повреждениями ДНК (рис. 6.3).

Страницы: 1 2

Смотрите также

Биологические опасности, связанные с пищей
Научно-технический прогресс сильно повлиял на сферу производства продуктов питания. Технологическая обработка продуктов, консервирование, рафинирование, длительное и неправильное хранение резко снизил ...

Роль изоферментов лактатдегидрогеназы в адаптациях млекопитающих Карелии
В экстрактах тканей сердца, почек, скелетных мышц, печени, легких, селезенки у американской норки (Mustela vison L.), песца (Aiopex iagopus), лисицы ( Vuipes vuipes L.), лесной куницы (Martes mart ...

Органические контаминанты
Летучие органические соединения Летучие органические соединения (ЛОС) — водные примеси, которые представляют опасность, когда их концентрация достигает даже незначительных уровней. Отличительная особ ...

Разделы