Главная/Библиотека/Репарация ДНК

Репарация: как клетка чинит ДНК

ДНК постоянно ошибается при копировании и портится от внешних воздействий. Поэтому у клетки несколько рубежей починки. Разберём три: корректуру прямо на ходу, исправление ошибок спаривания после репликации и вырезание повреждений. Пригодится урок про репликацию.

Молекулярная биология · урок 5 корректура · mismatch · NER ⏱ ~16 мин
Рубеж 1 · на ходу

Корректура прямо во время сборки

Первый контроль встроен в саму репликацию. ДНК-полимераза проверяет только что поставленный нуклеотид. Если пара неверная, она сдаёт назад и заменяет ошибку. Это движение назад называют 3′→5′ экзонуклеазной активностью.

Эффект заметный: без корректуры ошибка случается примерно раз на 100 тысяч нуклеотидов, а с ней — около одной на 100 миллионов. РНК-затравки в конце убирает другая полимераза.

Рубеж 2 · после репликации

Исправление ошибок спаривания

Если ошибка всё же проскочила, её ловят уже после копирования. Неправильная пара слегка искривляет сахаро-фосфатный остов, и по этому изгибу белки понимают, где непорядок.

1. Заметить
Белки находят искривление остова у неправильной пары.
2. Вырезать
Место надрезают, и экзонуклеаза убирает неверный нуклеотид.
3. Вставить и сшить
Полимераза ставит верный нуклеотид, лигаза сшивает цепь.

Как понять, какая цепь верная

У бактерий старую (родительскую) цепь узнают по метильным меткам на аденинах. Значит, чинить надо новую цепь, а не портить исходную. У эукариот механизм различения пока изучен не до конца.

Важное различие

Повреждение — это не мутация

Эти два слова часто путают. Мутация — изменённая последовательность букв. Повреждение — сломанная структура молекулы, при этом буквы могут стоять на своих местах, но остов искажён. Повреждения приходят снаружи и изнутри.

снаружи

Внешние причины

Ультрафиолет, гамма-лучи, рентген. Отсюда вред от избытка облучения.

изнутри

Внутренние причины

Активные формы кислорода — побочный продукт дыхательной цепи. Их гасят антиоксиданты (витамины C и E).

Рубеж 3 · вырезание

Убрать целый повреждённый кусок

Классический пример — ультрафиолет. Он склеивает два соседних пиримидина в димер (чаще два тимина). Остов на этом месте выпирает, и обычная пара рядом рвётся. Клетка вырезает весь повреждённый участок — это эксцизионная репарация нуклеотидов (NER).

Вырезать
Эндонуклеаза вырезает кусок с димером изнутри цепи (в отличие от экзонуклеазы, которая режет только с конца).
Достроить
Полимераза заполняет пробел правильными нуклеотидами.
Сшить
Лигаза соединяет новый кусок с соседями.

Если починка не работает

Клетка с грудой поломок либо стареет и перестаёт делиться (сенесценция), либо кончает с собой (апоптоз), либо начинает делиться бесконтрольно — и это рак. Наследственный дефект NER даёт пигментную ксеродерму: рак кожи от малейшего солнца.

Ловушки

Где чаще всего спотыкаются

✗ «Повреждение ДНК и мутация — одно и то же»
Мутация — изменённая последовательность. Повреждение — искажённая структура, буквы могут быть на месте.
✗ «Корректура и исправление ошибок спаривания — одно»
Корректура идёт на ходу самой полимеразой. Mismatch repair — отдельная бригада уже после репликации.
✗ «Ультрафиолет сразу вызывает мутацию»
Сначала он склеивает пиримидины в димер (повреждение). Мутация появится, если димер не вырезали до деления.
✗ «Экзо- и эндонуклеаза — синонимы»
Экзонуклеаза режет с конца цепи, эндонуклеаза — из середины.
Тренажёр рассуждений

Не угадать ответ, а построить его

Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по шагу, будто рядом преподаватель и спрашивает «а почему?».

Почему при пигментной ксеродерме рак кожи возникает от малейшего солнца?
Что делает УФ с ДНК кожи?
Склеивает соседние пиримидины в димеры — это повреждение структуры.
Кто в норме их убирает?
Система эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) вырезает повреждённый кусок.
Что при болезни?
NER сломана → димеры копятся → клетки мутируют и начинают делиться бесконтрольно → рак.
Вывод. Таким людям нужна строгая защита от солнца — их клетки не умеют чинить УФ-повреждения.
Показать следующий шаг →
Чем корректура на ходу отличается от исправления ошибок спаривания?
Что за корректура?
Полимераза прямо во время синтеза замечает неверную пару и сдаёт назад, заменяя её.
Что за mismatch repair?
Работает уже после репликации: отдельные белки находят искривление остова и вырезают ошибку.
В чём главное различие?
Во времени: одна во время синтеза, другая после него.
Вывод. Два рубежа вместе снижают ошибку с одной на сто тысяч до одной на сотни миллионов.
Показать следующий шаг →
Мини-кейс

Собери диагноз

Ребёнок с раннего возраста крайне чувствителен к солнцу: даже короткое пребывание на улице даёт ожоги. Кожа в веснушках, а к школьному возрасту появляются множественные опухоли кожи.

Что это за болезнь?
Что связывает солнце и опухоли?
Солнечный УФ делает в коже тиминовые димеры.
Почему они не убираются?
У ребёнка сломана NER — вырезать повреждения нечем.
К чему это ведёт?
Димеры копятся → ранние мутации → множественные раки кожи.
Вывод. Пигментная ксеродерма (дефект NER). Единственная защита — строго беречься от ультрафиолета.
Показать следующий шаг →
Повторение

Закрепить с интервалами

Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится в браузере.

Куда дальше

Связи с другими темами

откуда ошибки → Репликация ДНК дальше → Регуляция генов все темы → Библиотека
Починка разобрана

Дальше — как клетка решает, какие гены включать

В библиотеку →