If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

ԴՆԹ-ի սրբագրում և նորոգում

ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ընթացքում սխալների շտկման և բջջի կյանքի ընթացքում ԴՆԹ-ի վնասվածքների նորոգման մեխանիզմներ:

Հիմնական դրույթներ

  • Բջիջներում մուտացիաները կամ ԴՆԹ-ի հաջորդականության մշտական փոփոխությունները կանխարգելող բազմազան մեխանիզմներ կան:
  • ԴՆԹ-ի սինթեզի ժամանակ ԴՆԹ պոլիմերազները <<ստուգում են>> իրենց աշխատանքը՝ ուղղելով սխալ զուգակցված հիմքերի զույգերի մեծ մասը՝ *սրբագրում կոչվող գործընթացով:
  • ԴՆԹ-ի սինթեզից անմիջապես հետո, շղթայում մնացած անհամապատասխան զույգերը հայտնաբերվում և փոխարինվում են անհամապատասխանության շտկում կոչվող գործընթացով:
  • Եթե ԴՆԹ-ի որևէ հատված վնասվում է, ապա այն կարող է նորոգվել տարբեր մեխանիզմներով՝ ներառյալ քիմիական ջնջման, հատվածի նորոգման և կրկնակի պարույրի առանձնացման վերանորոգման եղանակներով:

Ներածություն

ԴՆԹ-ն ի՞նչ կապ ունի քաղցկեղի հետ: Քաղցկեղն առաջանում է, երբ բջիջները սկսզում են կիսվել անկառավարելի կերպով՝ անտեսելով <<ստոպ>> հրահանգն ու ուռուցք առաջացնելով: Այս իրավիճակն առաջանում է մուտացիաների կամ բջիջներում ԴՆԹ-ի մշտական փոփոխությունների կուտակման արդյունքում:
Ռեպլիկացիայի ժամանակ սխալներն ու ԴՆԹ-ի վնասումները իրականում մշտապես տեղի են ունենում մեր օրգանիզմների բջիջներում: Բայց հիմնականում դրանք քաղցկեղ կամ նույնիսկ մուտացիաներ չեն առաջացնում, քանի որ դրանք սովորաբար ճիշտ ժամանակին հայտնաբերվում և նորոգվում են ԴՆԹ-ի սրբագրման և նորոգման մեխանիզմներով: Կամ եթե այդ վնասվածքը չի կարող նորոգվել, ապա բջիջը ենթարկվում է ծրագրավորված մահվան (ապոպտոզի), որպեսզի բացառվի վնասված ԴՆԹ-ի մոլեկուլի փոխանցումը դուստր բջիջներին:
Եթե այս մեխանիզմների աշխատանքը սխալ իրականանա, կառաջանան մուտացիաներ, որոնք կփոխանցվեն դուստր բջիջներին: Իր հերթին քաղցկեղը առաջանում է երբ միևնույն բջջում կուտակվում են կիսման գործընթացը կարգավորող մի քանի գեների մուտացիաներ:
Այս հոդվածում մենք ավելի խորությամբ կուսումնասիրենք այն մեխանիզմները, որոնք բջջում օգտագործվում են ռեպլիկացիաների սխալներն ու ԴՆԹ-ի վնասվածքները ուղղելու համար՝ ներառյալ՝
  • Սրբագրում, որը ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի ժամանակ ուղղում է սխալները
  • Անհամապատասխանությունների շտկում, որը անմիջապես ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայից հետո ուղղում է ազոտային զույգերի միջև գործող անհամապատասխանությունները
  • ԴՆԹ-ի վնասված հատվածը վերականգնելու ուղիներ, որոնք բջջի ցիկլի ժամանակ հայտնաբերում և ուղղում են ԴՆԹ-ի վնասված տեղամասերը

Սրբագրում

ԴՆԹ պոլիմերազները բջջում մասնակցում են ԴՆԹ-ի կառուցմանը: ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի (պատճենման) ժամանակ ԴՆԹ պոլիմերազների հիմնական մասը կարող է յուրաքանչյուր նոր ազոտային հիմքն ավելացնելիս <<ստուգել>> իրենց իսկ աշխատանքը: Այս գործընթացը կոչվում է սրբագրում: Եթե պոլիմերազը հայտնաբերում է, որ շղթային ավելացվել է սխալ (զույգին չհամապատասխանող) նուկլեոտիդ, ապա այն կհեռացնի այն և կփոխարինի համապատասխանող նուկլեոտիդով՝ նախքան ԴՆԹ-ի սինթեզը շարունակելը1:

Անհամապատասխանության շտկում

ԴՆԹ-ում շատ սխալներ ուղվում են սրբագրման մեխանիզմով, բայց դրանցից որոշներին հաջողվում է ֆերմենտից աննկատ մնասլ: Անհամապատասխանելիության շտկումը տեղի է ունենում նոր ԴՆԹ-ի ձևավորումից անմիջապես հետո և դրա աշխատանքը սխալ զույգված հիմքերի հեռացումն ու փոխարինումն է(որոնք չեն փոխարինվել սրբագրման ժամանակ): Այս մեխանիզմով կարող են նաև հայտնաբերվել և ուղվել պոլիմերազի <<սխալմունքից>> առաջացած ինսերցիաներնու դելեցիաները2:
Ինչպե՞ս է գործում այս մեխանիզմը: Սկզբում սպիտակուցների համալիրը (մի խումբ սպիտակուցներ) ճանաչում և ամրանում են անհամապատասխան զույգին: Երկրորդ համալիրը կտրում է անհամապատասխանության մոտական ԴՆԹ-ի հատվածը և մյուս ֆերմենտները հետացնում են սխալ նուկլեոտիդը և դրան շրջապատող ԴՆԹ-ի հատվածը: Այնուհետև ԴՆԹ պոլիմերազը բացակայող հատվածում ավելացնում է ճշգրիտ նուկլեոտիդներ, իսկ ԴՆԹ լիգազ կոչվող ֆերմենտը մրչացնում է շղթաները2:
Դու կարող ես զարացած հարցնել, թե ինչպես են այս մեխանիզմում ընդգրկված սպիտակուցները շտկման ժամանակ հասկանում՝ <<որ տեղամասն է ճիշտ>>: Այսինքն՝ երբ զույգի երկու նուկլեոտիդները չեն համապատասխանում (ինչպես օրինակ վերոբերյալ նկարում Գ-ն և Թ-ն), ապա դրանցից որը պետք է հեռացվի և փոխարինվի:
Բակտերիաներում ԴՆԹ-ի նախնական և նոր շղթաները միմյանցից տարբերվում են մեթիլացված վիճակով: Հին շղթայի մի քանի ազոտային հիմքերին ամրացած է մեթիլ խումբ (CH3), սիկ նոր շղթայի հիմքերին՝ ոչ3:
Կորիզավորներում անհամապատասխանության շտկման ժամանակ նոր շղթան հինից տարբերում են նիքս-երի ճանաչմամբ (միաշղթա անջատումներ), որոնք առկա են միայն նոր սինթեզված ԴՆԹ-ում3:

ԴՆԹ-ի վնասված հատվածը վերականգնող մեխանիզմներ

Բջջի կյանքի յուրաքանչյուր ժամանակահատվածում ԴՆԹ-ի հետ վատ իրադարձություններ կարող են տեղի ունենալ: Իրականում քո ԴՆԹ-ն անըդհատ ինչ որ վնասներ է կրում՝ արտաքին ազդակների, ինչպես օրինակ՝ ՈւՄ ճառագայթների, քիմիական նյութերի կամ ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությամբ: Եվ իհարկե վնասման պատճառ կարող են դառնալ նաև հանկարժակի քիմիական ռեակցիաները, որոնք ոչ մի կապ չունեն արտաքին միջավայրի գրգիռների հետ:4
Բարեբախտաբար քո բջիջները ունեն վերականգնման մեխանզիմներ, որոնք հայտնաբերում և ուղում են ԴՆԹ-ի վնասվածնքերի շատ տեսակներ: ԴՆԹ-ի վնասվածքների ուղվանը նպաստող վերականգնողական մեխանիզմներն են.
  • Անմիջապես ջնջում.Բջջի որոշ ֆերմենտներ կարող են թույլ չտալ ԴՆԹ-ին վնասող որոշ քիմիական ռեակցիաների իրակացումը:
  • Հատվածի նորոգում. ԴՆԹ-ի մեկ կամ մի քանի հիմքերի վնասումը սովորաբար ուղվում է վնասված հատվածի հեռացումով կամ փոխարինումով: Ազոտային հիմքերի հատվածի նորոգման ժամանակ պարզապես հեռացվում է վնասված հիմքը: Իսկ նուկլեոտիդի հատվածի նորոգման ժամանակ անհամապատասխանության շտկման մեխանիզմի նման հեռացվում է մի ամբողջ հատված:
  • Կրկնակի պարույրի առանձնացման վերանորոգում. Երբ ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի ընդհատումներ են լինում, ապա գործում են երկու հիմնական ուղիներն՝ ոչ հոմոլգ ծայրերի միացումը և հոմոլոգ վերահամակցումը (սա պատահում է, երբ ամբողջական քրոմոսոմը կիսվում է):

Վնասվածքի ջնջում

Որոշ դեպքերում բջիջը կարող է ԴՆԹ-ի վնասվածքը ուղղել դրա առաջացման պատճառ հանդիսացող ռեակցիայի հակադարձմամբ: Որպեսզի հասկանաք սա, պետք է հասկանանք, որ <<ԴՆԹ-ի վնասումներ>> են հանդիսանում նաև որոշ քիմիական ռեակցիաների արդյունքում ատոմների խմբերի ամրացումը ԴՆԹ-ին:
Օրինակ՝ այդպիսի ռեակցիա կարող է տեղի ունենալ գուանինի (Գ) հետ, երբ դրա ազոտային հիմքի թթվածնի ատոմին ամրանում է մեթիլ (CH3) խումբ: Եթե մեթիլ կրող գուանինը չվերականգնի իր նորմալ կառուցվածքը, ապա ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի ժամանակ այն զույգ կառաջացնի թիմինի (Թ), այլ ոչ թե ցիտոզինի (Ց) հետ: Բարեբախտաբար մարդկանց և շատ այլ օրիկանիզմների օրգանիզմում կան ֆերմենտներ, որոնք կարող են հեռացնել մեթիլ խումբը՝ հետադարձելով ռեակցիան և վերականգնելով նորմալ ազոտային հիմքը5:
Տրամագիրը հիմնված է Cooper-ի միանման նկարի վրա5:

Ազոտային հիմքերի հատվածի նորոգում

Ազոտային հիմքերի հատվածի նորոգման մեխանիզմն օգտագործվում է հիմքերի որոշ վնասումները հայտնաբերելու և հեռացնելու համար: Գլիկոզիլազ կոչվող ֆերմենտների խումբը այս գործընթացում կարևոր դեր է խաղում: Գլիկոզիլազներից յուրաքանչյուրը հայտնաբերում է որևէ հստակ տեսակի վնասվացքով ազոտային հիմք:
Օրինակ՝ դեամինացիա կոչվող քիմիական ռեակցիայի արդյունքում ցիտոզին հիմքը կարող է փոխակերպեվ ուրացիլի (հիմք, որը առկա է միայն ՌՆԹ-ում): ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի ժամանակ ուրացիլը զույգ կկզամի ոչ թե գուանինի (ինչը տեղի կունանար, եթե պահպանվեր ցիտոզին հիմքը), այլ ադենինի հետ: Այսպիսով՝ ցիտոզինից ուրացիլ սխալ անցումը կարող է հանգեցնել մուտացիայի առաջացման5:
Այսպիսի մուտացիաներից խուսափելու համար, այս ուղու գլիկոզիլազը հայտնաբերում և հեռացնում է դեամինացված ցիտոզինները: Ազոտային հիմքը հեռացնելուց հետո, հեռացվում է նաև տվյալ նուկլեոտիդի մնացորդային հատվածը, իսկ առաջացած դատարկ տարածությունը լցվում է այլ ֆերմենտների միջոցով6:

Նուկլեոտիդի հատվածի նորոգում

Նուկլեոտիդի հատվածի նորոգումը վնասված ազտոային հիմքերի հեռացման և փոխարինման մեկ այլ մեխանիզմ է: Այս մեխանիզմը հայտնաբերում և ուղղում է ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի կառուցվածքը խախտող վնասվածքները: Օրինակ՝ այս ուղով հայտնաբերվում են այն հիմքերը, որոնք փոփոխության են ենթարկվել մեծ քիմիական խմբերի ազդեցությամբ: Այդպիսի խմբեր առկա են ծխախոտի ծուխում և կարող են ամրանալ ԴՆԹ-ին7:
Այս մեխանիզմի միջոցով վերականգնվում են նաև այն վնասվածքները, որոնք առաջացել են ՈՒՄ ճառագայթման , ինչպես օրինակ՝ արևահարման արդյունքում: ՈՒՄ ճառագայթումը կարող է ցիտոզին և թիմին հիմքերին ստիպել կապ առաջացնել միևնույն շղթայում գնվող՝ նրանց հարևան ցիտոզինների և թիմինների հետ, ինչի արդյունքում կառաջանան կապեր, որոնք կխախտեն ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը և ԴՆԹ-ի ռեպլիկացիայի ժամանակ կառաջացնեն սխալներ: Նպանատիպ կապի ամենահաճախ հանդիպող օրինան է թիմինային դիմերը, որը կազմված է միմյանց հետ ռեակցվող և քիմիապես կապվող երկու թիմին ազոտային հիմքերից:
Նուկլեոտիդի հատվածի նորոգման մեխանիզմով վնասված նուկլեոտիդները հեռացվում են՝ դրանց շրջապատող ԴՆԹ-ի հատվածի հետ միասին: Այս գործընթացում ԴՆԹ-ի ամբողջականությունը խախտող հելիկազ ֆերմենտը առանձնացնում է ԴՆԹ-ի երկպարույրի տվյալ հատվածը՝ առաջացնելով պղպջակաձև բացվածք: ԴՆԹ-ն կտրող ֆերմենտները այդ բացվածքից հեռացնում են վնասված հատվածը: Այնուհետև ԴՆԹ պոլիմերազը փոխարինում է յադ հատվածը համապատասխան նուկլեոտիդներով, իսկ ԴՆԹ լիգազը փակում է ճեղքը9:

Կրկնակի պարույրի առանձնացման վերանորոգում

Միջավայրի որոշ գործոններ, ինչպես օրինակ՝ մեծ էներգիայով ճառագայթումը, կարող է հանգեցնել քրոմոսոմի երկու մասի կիսման: ԴՆԹ-ի այսպիսի վնասումները կապված են կոմիքսներում սուպերհերոսների ստեղծման, իսկ իրական կյանքում չերնոբիլի նման հիվանդությունների առաջացման:
Այսպիսի վնասումները խիստ վտանգավոր են, քանի որ քրոմոսոմների հարյուրավոր գեներ պարունակող տեղամասերը կարող են առանձնացվել դրանից և չվերականգնվելու դեպքում, նույնիսկ կորել: Այսպիսի լայնամասշտաբ վնասումները ուղղելու երկու մեխանիզմներ կան՝ ոչ հոմոլոգ ծայրերը միացնող և հոմոլոգ վերահամակցումների ուղիները:
Ոչ հոմոլոգ ծայրերի միացման ժամանակ քրոմոսոմի երկու կոտրված ծայրերը պարզապես վերասոսնձվում են: Վերանորոգման այս մեխանիզմը մի փոքր <<փնթի>> է և սովորաբար ներառում է կտրված հատվածի որոշ նուկլեոտիդների կորուստ, կամ որոշ դեպքերում նաև նուկլեոտիդների ավելացում: Այսպիսով՝ ոչ հոմոլոգ ծայրերի միացումը ձգտում է մուտացիայի առաջացման: Սակայն սա իհարկե ավելի նախընտրելի է, քան քրոմոսոմի ամբողջական թևի կորուստը10:
տրամագիրը հիմնված է Alberts et al10-ի համանման տրամագրի վրա
Հոմոլոգ վորակամակցման ժամանակ վնասված քրոմոսոմին համապատասխանող հոմոլոգ քրոմոսոմի (կամ քույր քրոմատիդից, եթե ԴՆԹ-ն արդեն կրկնապատկվել է) տեղեկատվությունը օգտագործվում է կտրված հատվածը վերականգնելու համար: Այս գործընթացի ժամանակ, երկու հոմոլոգ քրոմոսոմները մոտենում են, և չվնասված հոմոլոգ քրոմոսոմի կամ քրոմատիդի տվյալ հատվածը օգտագործվում է որպես մատրիցա կոտրված քրոմոսոմի վնասված տեղամասը փոխարինելու համար: Հոմոլոգ վերահամակցումը ավելի <<մաքուր>> եղանակ է, քան ոչ հոմոլոգ ծայրերի միացումը և սովորաբար մուտացիաներ չի առաջացնում11:
տրամագիրը հիմնված է Alberts et al10-ի համանման տրամագրի վրա

ԴՆԹ-ի սրբագրումն ու նորոգումը մարդու հիվանդությունների ժամանակ

Սրբագրման և վերանորոգման մեխանիզմների կարևորության ապացույցները ստանում ենք մարդկանց գենետիկական խանգառումներն ուսումնասիրելիս: Շատ դեպքերում սրբագրումն ու վերանորոգումը իրականացնող սպիտակուցները պայմանավորող գեներում մուտացիաները հանգեցնում են ժառանգական քաղցկողների (քաղցկեղ, որը փոխանցվում է սերնդեսերունդ): Օրինակ՝
  • Ժառանգական ոչ պոլիպոզային աղիքային քաղցկեղը (նաև կոչվում է Լինչի համախտանի) առաջանում է անհամապատասխանությունն ուղղող սպիտակուցներից մեկը պայմանավորող գենի մուտացիայի արդյունքում12,13: Քանի որ այս համախտանիշնհ ունեցող հիվանդների օրգանիզմում անհամապատասխան զույգերը չեն վերափոխվում, նրանց բջիջներում մուտացիաները ավելի հաճախ են կուտակվում, քան համախտանիշ չունեցող մարդու բջիջներում: Սա կարող է հանգեցնել հաստ աղիքում ուռուցքների առաջացման:
  • Պիգմենտային քսերոդերմիա ունեցող մարդիկ չափից դուրս զգայուն են արևի ՈւՄ ճառագայթների նկատմամբ: Այս խանգարումը առաջանում է նուկլեոտիդի հատվածը նորոգող ուղու մուտացիայի արդյունքում: Եթե այս մեխանիզմը չի գործում, ապա թիմինային դիմերները կամ ՈւՄ ճառագայթների ազդեցությամբ առաջացած վնասվածքների վերականգնում տեղի չի ունենում: Քսերոդերմիա ունեցող մարդկանց մաշկի վրա նույնիսկ մի քանի րոպե արևի ուղիղ ճառագայթների կարող է առաջանալ արևայրուկ: Այսպիսի հիվանդություն ունեցող մարդիկ 10 տարեկանում արդեն կարող են ունենալ մաշկի քաղցկեղ14:

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: