Значение систем репарации для бактерий
Бактериальный геном нуждается в надежной защите от деструктивных факторов окружающей среды. Главным образом, механизмы репарации направлены на ликвидацию последствий воздействия ультрафиолетового облучения, которое провоцирует образование так называемых тиминовых димеров в структуре молекулы. Суть защитного ответа заключается в том, что специфические комплексы ферментов способны распознавать эти структурные аномалии и частично исправлять их, возвращая цепи ее нормальную функциональную форму. Глобально процессы восстановления можно разделить на два основных типа в зависимости от условий их протекания.
Световая репарация (фотореактивация)
Данный тип восстановления молекулы активируется исключительно на свету. Это прямой и достаточно быстрый путь исправления дефекта.
В основе механизма световой репарации лежит работа специализированного фотореактивирующего фермента. Когда бактерия находится в условиях освещенности, этот фермент напрямую воздействует на поврежденный участок — он расщепляет образовавшиеся под действием ультрафиолета тиминовые димеры. В результате структура нуклеиновой кислоты восстанавливается без необходимости удаления или синтеза новых фрагментов.
Темновая (эксцизионная) репарация
В отличие от фотореактивации, темновая репарация абсолютно не зависит от наличия света и может протекать в темноте. Это более сложный, многоступенчатый механизм, который также называют эксцизионным (от слова «вырезание»).
Процесс направлен на физическое удаление дефектных фрагментов цепи с последующим достраиванием образовавшейся бреши. Для успешного завершения этого цикла требуется слаженная работа сразу нескольких ферментов, каждый из которых строго выполняет свою функцию на определенном этапе.
Этапы эксцизионной репарации
Процесс эксцизионного восстановления генома протекает в четыре строго последовательных этапа:
- Инзиция (надрезание). На этом этапе комплекс ферментов, а именно репарационная эндонуклеаза, сканирует молекулу и распознает повреждение (тиминовый димер). Найдя дефект, эндонуклеаза совершает точечный надрез цепи ДНК с 5'-стороны от повреждения.
- Эксцизия (удаление). В дело вступает фермент экзонуклеаза. Ее задача — полностью удалить поврежденный участок цепи, который содержит патологический димер, тем самым очистив место для новой структуры.
- Ресинтез (застройка бреши). На месте удаленного участка образуется пустота (брешь). Фермент ДНК-полимераза синтезирует совершенно новый, здоровый фрагмент цепи. В качестве матрицы для безошибочного комплементарного восстановления используется вторая, неповрежденная цепь.
- Лигирование (сшивание). На финальном этапе необходимо соединить новообразованный фрагмент с основной цепью. Фермент ДНК-лигаза восстанавливает фосфодиэфирную связь, надежно сшивая концы молекулы.
Как запомнить ферменты темновой репарации по порядку: ЭНдонуклеаза (Надрезает), ЭКзонуклеаза (Корчует/удаляет), ПОЛИмераза (Полотно строит), ЛИГаза (Лепит/сшивает).
Вопросы с занятий и экзамена
Зависит ли темновая репарация от наличия света?
Нет, темновая (эксцизионная) репарация протекает независимо от освещения, тогда как световая репарация (фотореактивация) требует обязательного присутствия света для активации фермента.
Какой фермент делает первый надрез при эксцизионной репарации?
Распознавание повреждения и первоначальный надрез цепи с 5'-стороны осуществляет репарационная эндонуклеаза.
Откуда ферменты берут информацию для правильного восстановления удаленного участка?
ДНК-полимераза использует вторую, полностью сохранившуюся неповрежденную цепь в качестве матрицы, что обеспечивает точное комплементарное восстановление бреши.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм образования тиминовых димеров под воздействием УФ-облучения
- Свойства и активация фотореактивирующего фермента
- Химическая природа фосфодиэфирной связи, восстанавливаемой лигазой
- Специфичность репарационных эндонуклеаз к типам повреждений
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Репарация ДНК у бактерий» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Генетика микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.