Разрывы полинуклеотидной цепи

Распад ДНК сопровождается разрывом полинуклеотидной цепи. В результате возможен синтез новых молекул ДНК, но уже отличающейся другой последовательностью соединений нуклеотидов. Если учесть, что биологическая роль ДНК состоит в сохранении и передаче наследственности, то будет ясно, что вновь образуемые молекулы ДНК с аномальной структурой будут вносить изменения в потомство. [c.184]

Наблюдавшийся в конце XX в. быстрый прогресс в различных областях молекулярной биологии во многом обусловлен появлением эффективных методов определения первичной структуры ДНК. К таким методам относится селективная химическая модификация различных типов азотистых оснований в составе ДНК с последующим расщеплением меж-нуклеотидных связей в модифицированных звеньях. Реакции селективной модификации по каждому типу азотистых оснований проводятся таким образом, чтобы в каждой молекуле ДНК в среднем модифицировалось только одно звено данного типа. Поскольку все звенья данного типа в составе молекулы эквивалентны и реагируют с модифицирующим агентом с одинаковыми скоростями, то в итоге каждое звено этого типа окажется частично модифицированным. Дальнейшая обработка ДНК вторичным амином или щелочью приводит к отщеплению модифицированных азотистых оснований от цепи ДНК и разрыву полинуклеотидной цепи в местах отщепления гетероциклов. Все перечисленные операции схематично представлены на рис. 8.3. [c.272]

РАЗРЫВЫ ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ ЦЕПИ [c.238]

В летально пораженных клетках выявляются различные типы повреждений молекул ДНК- Выявление радиационных повреждений ДНК сразу же после облучения стало возможным благодаря развитию современных методов биохимии, например метода ультрацентрифугирования лизированных клеток в градиенте плотности. Показано, что при облучении в дозе По па клетку приходится от 500 до 900 однонитевых разрывов полинуклеотидной цепи ДНК и около 60 двойных разрывов. На некоторых клеточных линиях показано, что факторы, модифицирующие репродуктивную гибель клеток, изменяют выход одно- и двухнитевых разрывов ДНК. [c.138]

Облучение клеток млекопитающих ионизирующей радиацией приводит к появлению в ДНК сложного спектра первичных повреждений, который обычно делят ща три группы 1) модификации и потери азотистых оснований, на долю которых приходится основное количество повреждений ДНК 2) однонитевые разрывы полинуклеотидных цепей, которых образуется в 2,0—2,5 раза меньше, и двунитевые разрывы, возникающие еще примерно в 10 раз реже 3) нарушение вторичной структуры и надмолекулярной организации ДНК, вклад которых в общую картину повреждений пока еще мало изучен. [c.149]

Получение генов. Их возможно получать методом химического синтеза, выделением из геномов живых организмов, а также при помоши обратной транскриптазы, которая на соответствующей мРНК кодирует комплементарную ДНК (кДНК). Первый и второй методы имеют ограниченное применение. Химический синтез — достаточно длительная и дорогостоящая процедура. Вьщеление однородных фрагментов ДНК осуществляется при помощи ферментов-рестриктаз, которые узнают и расщепляют ДНК в строго фиксированных точках. Эти ферменты функционально связаны с модифицирующими метилазами следующим образом метилазы осуществляют метилирование в сайтах ДНК, которые атакуются рестриктазами. Метилирование защищает собственную ДНК клетки от неспецифической фрагментации, в то время как чужеродная ДНК немедленно разрушается. В месте разрыва полинуклеотидных цепей образуются, в частности, липкие концы, способные образовывать между собой комплементарные пары оснований. Открытие В. Арбером рестрикции и использование ее для получения генов было отмечено Нобелевской премией. В настоящее время идентифицировано более 500 рестриктаз, причем их название складывается из первой буквы рода микроорганизма и двух пер- [c.499]

М, И. Шальнов. Речь шла о разрыве водородных связей между комплементарными основаниями ДНК во-первых, в местах одиночных и двойных разрывов полинуклеотидных цепей во-вторых, в местах повреждения только азотистых оснований. Существует представление о том, что пр разрыве одной водородной связи на каком-либо участке цепи одновременно на ОМ же участке рвутся 30—70 связей. Расчет по теории Франка — Плацма-на дает выход разрыва водородных связей 0= 13 связей на 100 эв. Эта величина удовлетворительно объясняет результаты экспериментов с коллагеном. Значения О для ДНК, по данным Пикока с соавторами, колеблются от 38 до 60 молекул на 100 эв, а по более свежим данным 1965 г., опубликованным в работе Коллинза с соавторами,—2,7 для 0,006%-ных растворов и 6,6—для [c.43]

Таким образом, если допустить, что действие ионизирующей радиации на НМС — ДНК в клетке подобно действию в разбавленном растворе, то высокая биологическая эффективность радиации на эти структуры может быть связана не только с большим размером радиационно-химических повреждений (разрывами полинуклеотидной цепи, модификациями оснований в молекуле ДНК), но и с денатурационными повреждениями. Не исключено, что в клетках более высокоорганизованных существ, чем микроорганизмы, где ДНК входит в состав таких сложных надмолекулярных структур, как хромосомы, именно денатура-циовные повреждения в структуре ДНК могут быть причиной различной реакции клетки на облучение и определять не только размеры повреждения в клетке, но и возможность восстановления этих повреждений. Если считать, что в общем виде наши соображения верны, то изложенное выше можно подкрепить несколькими примерами. [c.64]

Винецкий [5], изучая действие ионизирующей радиации на растворы ДНК, показал, что после облучения в дозе 10 кр денатурационные повреждения в структуре ДНК носят необратимый характер, но не известно будет ли иметь место ренатурация при меньших биологических дозах облучения. С другой стороны, появляются работы, доказывающие возможность залечивания у бактерий [47] разрывов полинуклеотидной цепи ДНК- Можно предполагать, что необходимым условием для восстановления нормальной функции ДНК в клетке должно быть и восстановление регулярности вторичной структуры молекулы. В этой связи заслуживают внимания исследования Стражевской [22], показавшей, что и отличие от тимуса в печени крысы — радиоус-тойчивом органе — изменение состояний НМС — ДНК носит [c.70]

Лечебная роль такого процесса репарации не ограничивается уда-лениел4 индуцированных ультрафиолетом димеров тимина, а распространяется также на исправление большого разнообразия других потенциально летальных нарушений генома клетки. Так, например, ряд гибельных измеиепий, вызванных действием на бактериальную ДНК рентгеновских лучей (вызывающих разрывы полинуклеотидных цепей) или иприта (вызывающего химические сшивки соседних пуриновых оснований), может быть обнаружен и исправлен репарирующей системой, иссекаю-шей поврежденный участок и затем заполняющей брешь. Показано было также, что репарационным исправлениям подвержены и структурные нарушения, обусловленные наличием не подходящих друг к другу некомплементарных пар оснований в рекомбинационных или мутационных гетерозиготах-гетеродуплексах (фиг. 160). Иссекая из гюлинуклеотидной цепи одно из двух оснований, образующих неправильную пару (с точки зрения правил спаривания Уотсона — Крика), и замещая его правильным нуклеотидом при репарационной репликации, направляемой неиссечеи-ной цепью, которая при этом имеет функцию репарационной матрицы, процесс иссечения и заполнения может привести к превращению гетерозиготы в гомозиготу. Следует, однако, заметить, что вероятность исправления любого такого структурного нарушения подвержена значительным вариациям. Во-первых, эффективность ферментативной ДНК-репарирую-щей системы зависит от генетической конституции организма. Одни организмы обладают очень мощными репарирующими системами и, следовательно, очень устойчивы к воздействиям, ведущим к повреждениям их ДНК, у других репарирующие системы малоэффективны или вовсе отсутствуют. Такие организмы обречены на гибель от малейшей травмы ДНК. Во-вторых, даже у организмов с эффективной репарирующей системой вероятность исправления поврежденной ДНК сильно зависит от физиологических условий в период репарации, в частности от температуры и состава питательной среды. [c.377]

В многочисленных экспериментах показано, что, как и для других генетических эффектов (мутация, индукция профага), зависимость частоты рекомбинации от дозы ультрафиолетового света описывается куполообразной кривой с максимумом. Подобная зависимость Kogee всего отражает наложение двух одноударных процессов активацию хромосомы (F+) мужской клетки при включении в нее половой эписомы (интеграция) и предотвращение переноса активированной хромосомы. Ингибирование переноса хромосомы донора к акцептору является следствием либо прямых, либо косвенных разрывов полинуклеотидной цепи, возникающих при темновой репарации. Молекулярные механизмы активации хромосомы (F+), приводящей к увеличению частоты рекомбинаций, не выяснены. Предполагается, что этому способствуют однонитевые разрывы ДНК половой эписомы. Увеличение частоты рекомбинаций наблюдается только у штаммов с неинтегрированной половой эписомой. У остальных штаммов рекомбинация подавляется по одноударному механизму в результате торможения переноса ДНК. [c.312]

Исходя из результатов модельных экспериментов можно ожидать, что под действием излучения произойдет нарушение первичной структуры белков (селективное разрушение отдельных аминокислот), изменится их вторичная структура, нарушится конформация и, возможно, структура активного центра ферментов. В нуклеиновых кислотах возникнут одно- и двухнитевые разрывы полинуклеотидных цепей, разрушатся некоторые азотистые основания, возникнут межмолекулярные сшив ки (ДНК—ДНК, ДНК—белск). Могут оказаться пораженными молекулы иРНК, тРНК и рибосомы. В липидах мембран будут инициироваться реакции свободнорадикального перекисного окисг ления, накапливаться токсические для клетки продукты окисления тканевых липидов. [c.129]

Высказанные выше соображения касались механизмов развития начального радиационного поражения. Последнее десятилетие ознаменовалось крупнейшим открытием не только для радиационной биологии, но и для молекулярной биологии в целом. Доказано существование ферментативных систем, способных репарировать начальные радиационные повреждения генетического аппарата клетки. Изучение биохимических механизмов репаративных процессов показало, что облученные клетки способны выщеплять поврежденные азотистые основания, воссоединять разрывы полинуклеотидных цепей ДНК. Постепенно перед исследователями начинает развертываться сложная картина борьбы облученной клетки за выживание и сохранение нативных свойств путем активации репарирующих систем. Эти идеи привели к существенной трансформации представлений о характере действия ионизирующей радиации на клетку. Если на заре развития радиобиологии предпочтение отдавалось статичным моделям, которые рассматривали гибель клетки как результат простого поражения гипотетических субклеточных мишеней, то для современного периода характерен динамический подход, который в целом соответствует представлениям динамической биохимии и биофизики. Становится общепринятым рассмотрение радиобиологического эффекта как результата интерференции двух противоположно направленных процессов — развития начального радиационного поражения и его элиминации за счет функционирования репарирующих систем. Основываясь на этом, Хуг и Келлерер предложили в качестве общей теории действия ионизирующих излучений на клетку стохастическую гипотезу . Она базируется на представлениях о том, что случайные и диффузно расположенные акты ионизации и возбуждения только в редких и маловероятных случаях однозначно приводят клетку к гибели. На эту стохастику первого порядка должна накладываться стохастика более высоких порядков , которая определяется динамической нестабильностью жизненных процессов, способных элиминировать или усиливать начальное радиационное повреждение. Разработанный авторами математический аппарат позволяет формально оценить вероятность перехода повреждения с одного уровня на следующий (развитие повреждения) или обратного перехода, связанного с восстановлением радиационного повреждения. Предложенные математические модели позволили Хугу и Келлереру получить семейство дозных кривых, хорошо согласующихся с наблюдаемыми в реальных экспериментах на клетках. Это послужило важным критерием приложимости динамических моделей для объяснения радиобиологических феноменов. [c.135]

По-видимому, существует глубокая аналогия репаративных механизмов клетки при эндоцитозе тканеспецифических НПК и апоптотических тел. Как уже упоминалось, в процессе старения и естественной деградации клетки (апоптоза) происходит ограниченное и организованное саморазрушение клеточных структур (в отличие от некроза) хроматин и цитоплазматический материал разделяются на компактные фрагменты, эти фрагменты обволакиваются прилежащим участком мембраны, при этом клетка распадается на так называемые апоптотические тела, которые поглощаются соседними клетками дифференцированной ткани по механизму эндоцитоза и частично используются для репарации этих клеток, в том числе для репарации хроматина. Встраивание экзогенных ДНК в хроматин клеток может происходить лишь при наличии разрывов полинуклеотидной цепи ДНК клетки-хозяина, которые обычно наблюдаются в поврежденных и стареющих клетках (Сьяксте, Будылин, 1992). В этом случае еще одним преимуществом применения природных тканеспецифических нуклеопротеиновых комплексов является то, что ДНК-компоненты этих комплексов содержат участки, гомологичные поврежденным участкам ДНК определенной дифференцированной ткани человеческого организма, так как они выделены из такой же, но молодой и здоровой ткани млекопитающих. [c.184]

В связи с трансцитозом необходимо кратко упомянуть идею о межтканевом транспорте генетического материала (ДНК), которая возникла в 60—70-е годы. Клетки костного мозга секре-тпруют фрагменты ДНК в кровоток, далее ДНК может поступать путем эндоцитоза в быстро регенерирующие клетки (например, в печень). После инъекции животным экзогенной ДНК в кровь она встраивается каким-то образом в ДНК реципиента, причем, очевидно, это путь эндоцитоза, так как этот процесс происходит и на фоне ингибитора синтеза ДНК — ок-симочевины. Клетки захватывают экзогенную ДНК (как низкомолекулярную, так и высокополимерную), но захват нативной ДНК происходит эффективнее по сравнению с денатурированной. Не только гомологичная, но и гетерологичная ДНК, инъецированная животным, может встраиваться в геном реципиентов, что сопровождается появлением генетических признаков донора. Предполагают, что встраивание экзогенных фрагментов в ДНК клеток-реципиентов может происходить лишь при наличии предсуществующих разрывов полинуклеотидной цепи. Индукция дополнительных разрывов, очевидно, может обеспечить еще большую эффективность эндоцитоза фрагментов ДНК из плазмы крови в клетки-мишени и затем в ДНК клеток-реципиентов. В 1984 г. появились работы, свидетель- [c.33]

При темновой репарации восстановление нативной структуры ДНК происходит в темноте и носит сложный характер фермент эндонуклеаза находит пораженный участок в одной нити ДНК и вырезает его, экзонуклеаза расширяет вырез, удаляя из нити ДНК от 500 до 1000 нуклеотидов. Образовавшийся разрыв застраивается ДНК-полимеразой по матрице, комплементарной неповрежденной нити (рис. 82). Этот синтез протекает в фазах Gi и Ga митотического цикла. Репарирующие ферменты не только удаляют индуцированные ультрафиолетовым светом димеры тимина, они исправляют много других потенциальных структурных повреждений ДНК, связанных с разрывом полинуклеотидных цепей, наличием некомплемеитарных друг другу пар оснований и др. [c.196]

С другой стороны,, при pH 9,0 отщепляется урацил, так что на месте этого основания образуется пропуск (фиг. 64). Этот эффзект является не мутагенным, а летальным, одиако он ие приводит к разрыву полинуклеотидной цепи. [c.339]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология