МО РБ УО «Гр. ГМУ» Кафедра общей гигиены и экологии Реферат на тему: «РЕПАРАЦИЯ ДНК. ПОСТРАДИАЦИОННЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ» Выполнила: студентка II курса, ЛФ, 17 гр. Жучкова Оксана Андреевна Гродно, 2013
Воздействие радиации на организм человека называют облучением. Во время этого процесса энергия радиация передается клеткам, разрушая их.
• Облучение может вызывать всевозможные заболевания: - инфекционные осложнения, - нарушения обмена веществ, - злокачественные опухоли и лейкоз, - бесплодие, - катаракту и многое другое. Наиболее опасно для человека Альфа, Бета и Гамма излучения, которые могут привести к серьезным заболеваниям, генетическим нарушения и даже смерти.
• Наиболее опасны повреждения ядра, так как именно ядро несёт наследственную информацию о самой клетке, всём организме и даже биологическом виде.
• Кодирующими элементами в ДНК служат всего четыре азотистых основания, расположенных попарно между двумя сахаро-фосфатными нитями вдоль всей её двуспиральной молекулы: пурины (аденин, гуанин) и пиримидины (цитозин, тимин).
• Видимо, уже на ранних стадиях эволюции ДНК заменила РНК в качестве носителя генетической информации. Большинство происходящих с ДНК изменений недопустимы: они либо приводят к вредным мутациям, либо клеток. Поэтому все клетки имеют специальные системы исправления повреждений, репарации ДНК. блокирую репликацию ДНК и вызывают гибель
• Пострадиационное восстановление - ликвидация повреждения, вызванного воздействием ионизирующего излучения. Пострадиационное восстановление проявляется на различных уровнях биологической организации от молекулярного до организменного.
Сублетальных клеток Репарация Потенциально летальных клеток
• Репарация сублетальных повреждений характерна для активно пролиферирующих клеток, например клеток костного мозга и эпителия кишечника. При таком типе в первые несколько часов после облучения репарируются повреждения, делающие клетку более чувствительной к повторному облучению. Репарация сублетальных повреждений обычно бывает полной и завершается до вступления облученных клеток в период синтеза ДНК.
• Репарация потенциально летальных повреждений характерна для клеток, находящихся в фазе временного или постоянного пролиферативного покоя, например для клеток печени, почек, головного мозга. В этом случае выживаемость клеток возрастает с увеличением временного интервала между облучением и воздействием стимула к клеточной пролиферации или при снижении мощности дозы излучения. Репарация потенциально летальных повреждений обычно не является полной.
ПОНЯТИЕ РЕПАРАЦИИ • Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.
1. УФ излучение; 2. Радиация; 3. Химические вещества; 4. Ошибки репликации ДНК; 5. Апуринизация — отщепление азотистых оснований от сахарофосфатного остова; 6. Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания.
1. Повреждение одиночных нуклеотидов; 2. Повреждение пары нуклеотидов; 3. Разрыв цепи ДНК; 4. Образование поперечных сшивок между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК.
Каждая из систем репарации включает следующие компоненты: • - фермент, "узнающий" химически изменённые участки в цепи ДНК и осуществляющий разрыв цепи вблизи от повреждения; • - фермент, удаляющий повреждённый участок; • - фермент (ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен удалённого; • - фермент (ДНК-лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи и тем самым восстанавливающий её непрерывность.
По отношению к процессу репликации различают два типа репарации ДНК: • 1. Дорепликативную (включающую фотореактивационную и эксцизионную формы, направленные на вырезание поврежденных участков ДНК); • 2. Пострепликативную
Типы репарации ДНК: Прямое исправление повреждений Починка путем вырезания основания (эксцизионной репарации основания — BER) Починка путем вырезания нуклеотида (эксцизионной репарации нуклеотида — NER) Репарация ошибок спаривания — мисмэтч репарация MMR Гомологичная рекомбинация Негомологичное соединение концов—NHEJ
• Наиболее частая причина точечных мутаций у человека: это спонтанное добавление метильной группы — один из типов алкилирования. Такие модификации исправляются без разрушения цепи ДНК ферментами — гликозилазами.
• Прямая репарация ДНК обеспечивает прямое восстановление исходной структуры ДНК или удаление повреждения. Широко распространенная система репарации такого рода — фотореактивация пиримидиновых димеров. Кроме нее, к этому типу относятся: репарация ДНК за счет 3'-5'-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы, репарация одноцепочечных разрывов ДНК с помощью полинуклеотиллигазы, а также генетическая репарация повреждений, вызванных алкильными или метильными группами, путем удаления этих групп специфическими ферментами.
• В 1949 г. А. Кельнер и в 1950 г. Р. Дульбекко установили, что жизнеспособность актиномицетов и бактерий, подвергнутых УФ-облучению в летальных дозах, восстанавливается, если затем воздействовать на них видимым светом. Явление было названо фотореактивацией. Эффективность ее зависит от уровня р. Н, температуры и физиологического состояния клетки. Восстановительный эффект при фотореактивации связан с действием фермента — дезоксирибозидпиримидинфотолиазы, представляющего собой полипептид, ассоциированный для его активности с небольшой молекулой РНК (10 -15 нуклеотидов).
• Этот фермент расщепляет димеры двух соседних пиримидинов циклобутанового типа в одной цепи ДНК, образующиеся под влиянием УФ-лучей. Фермент присоединяется к ним и в темноте, и на свету, но реакция расщепления связей, объединяющих две молекулы пиримидинов, энергетически зависит от действия видимого света с большей длиной волны. Наибольшая эффективность фотореактивации отмечена для голубой части видимого спектра. Если же необходимо исключить возможность реактивации, то опыты следует проводить в более длинноволновой части спектра, начиная с желтого света (570 -590 нм).
• Существуют системы генетической репарации, работа которых напоминает «хирургическое» вмешательство в структуру ДНК: поврежденные участки вырезаются из цепи ДНК. Оказалось, что данный тип генетической репарации обеспечивает вырезание неверного или поврежденного нуклеотида/участка ДНК, последующую синтез застройку бреши и лигирование. К этому типу относится несколько специализированных механизмов, например, гликозилазы удаляют лишь модифицированные основания, АР-эндонуклеазы — апуриновые сайты, и т. п. По-видимому, именно системы эксцизионной репарации восстанавливают большую часть повреждений ДНК в клетке.
Схема эксцизионной репарации: • 1. Узнавание повреждения УФ-эндонуклеазой; • 2. Инцизия (надрезание) цепи ДНК этим ферментом по обе стороны от повреждения; • 3. Эксцизия (вырезание и удаление) фрагмента ДНК, содержащего повреждение, происходит при участии геликазы; • 4. Ресинтез, в ходе которого ДНК-полимераза I застраивает образовавшуюся брешь благодаря своей 5'-3'полимеразной активности, а ДНК-лигаза ковалентно присоединяет 3'-конец вновь синтезированного материала к ранее синтезированной ДНК.
• Мисмэтч-репарация исправляет ошибки, возникающие в результате нарушения комплементарности пар AT или GC в дочерней цепи при включении в них некомплементарных нуклеотидов. Особенность данного механизма, состоит в том, что он способен отличить «старую» цепь ДНК от «новой» и исправить именно вновь синтезированную. В основе данного феномена лежит то важное свойство, что материнская цепь несет в последовательностях GATC аденины с присоединенными к ним сразу после окончания репликации метальными группами.
• Существуют системы генетической репарации, при которых точность синтеза невысока. Они являются индуцибельными, и, очевидно, обусловлены необходимостью синтеза ДНК даже на матрице, содержащей повреждения. При этом синтез ДНК на матрице, оставшейся неповрежденной, будет сопровождаться большим количеством ошибок.
• В честь первооткрывателя этот тип генетической репарации в 1974 г. М. Радман назвал W-реактивацией (Weigle-reactivalion). W-реактивация дает возможность многим димерам пиримидина, возникающим в бактериальной клетке, дожить до периода синтеза ДНК. Хотя такая ДНК и содержит значительное количество ошибок, поврежденные клетки действительно «спасаются» на каком-то этапе, если только жизненно важные функции не оказались безнадежно нарушенными. По-видимому, непосредственным стимулом к запуску механизмов SOS-репарации служит накопление одноцепочечных разрывов ДНК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Для ионизирующего излучения нет барьеров в организме, поэтому любая молекула может подвергнуться радиоактивному воздействию. Пораженными могут оказаться белки или жиры, жизненно необходимые для нормальной клеточной деятельности Таким образом, радиация воздействует на организм на микроуровне, вызывая повреждения, которые заметны не сразу, а проявляют себя через долгие годы В настоящее время среди ученых нет единой точки зрения по вопросу о биологических последствиях малых доз облучения. Некоторые считают, что зависимость доза — эффект имеет линейный вид, другие полагают, что вредные эффекты облучения выявляются, начиная с какого-то определенного порога. Третьи полагают, что небольшие дозы даже полезны. По-видимому, существуют как положительные, так и отрицательные радиационные эффекты малых доз. Устранение ошибок важно, так как большая часть повреждений блокирует передачу генетической информации последующему поколению, а остальные если их не устранить, сохраняться в геноме потомков и приведут к драматическим изменениям.
• СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Использованные источники 1. Аверьянова А. В. , Луговский В. П. , Русак И. М. Что нужно знать о радиации. – Мн. , 2007. 2. Барабой В. А. Популярная радиобиология. – Киев: Наукова думка, 2008. 3. А. С. Коничев, Г. А. Севастьянова Молекулярная биология. — Москва: Академия, 2008 4. Н. Н. Мушкамбаров, С. Л. Кузнецов Молекулярна биология – М. 2008 5. Молекулярная биология под. Ред. Спирина. М. 2007 6. Ярмоненко С. П. Радиобиология человека и животных. – М. : Высшая школа, 2008. 7. Радиация. Дозы, эффект, риск. – М. : Мир, 2010.
