Основные положения:
• Под влиянием факторов внешней среды или в результате ошибок в работе различных систем клетки в генетическом материале постоянно возникают повреждения
• Для сохранения жизнеспособности во всех клетках должны быть системы репарации, снижающие количество повреждений в ДНК
Наряду с безошибочным воспроизведением генетической информации важную роль играет поддержание ее информационной целостности. Фактически в геноме человека присутствует больше генов, ответственных за репарацию повреждений ДНК, чем кодирующих ферменты репликации.
Ошибки в последовательностях ДНК могут возникать по двум причинам. Во-первых, при репликации, во вновь образующуюся цепь ДНК может включиться неправильное основание. Для предотвращения таких ошибок в системе репликации существует корректорский механизм, который снижает число ошибочно включенных нуклеотидных остатков до минимума.
Во-вторых, при воздействии таких факторов внешней среды, как ионизирующие излучения и химические агенты, нарушающие структуру нуклеотидов, в ДНК могут возникнуть повреждения. В клетке существует много репаративных систем, которые устраняют повреждения в последовательностях ДНК, восстанавливая их правильную структуру.
Рисунок иллюстрирует действие репаративной системы, которая узнает повреждения в ДНК, удаляет их, и восстанавливает исходную структуру.
Несмотря на функционирование систем репарации, в генетическом материале возникают мутации, однако они не нарушают жизнедеятельность клетки. В действительности, определенная частота мутаций необходима для обеспечения вариабельности организмов в процессе эволюции.
Мутации во всех организмах, от бактерий до высших эукариот, возникают с частотой порядка 10-6 в пересчете на один ген (или 10-9-10-10 в пересчете на нуклеотидную пару) за одно поколение. Примерно такое же количество мутаций возникает даже у организмов, живущих в экстремальных условиях. Это позволяет предполагать, что общая частота возникновения мутаций определяется балансом между неблагоприятным эффектом большинства вредных мутаций и некоторыми полезными мутациями.
Ни одна клетка не может существовать в отсутствие систем репарации. Если, например, у Е. coli прекратить действие всех систем репарации, то однократное облучение бактерий УФ может оказаться летальным. В то же время бактерии с функционирующими системами репарации выносят огромное количество повреждений.
Система репарации узнает повреждение в ДНК,
удаляет поврежденный участок и заполняет образующуюся брешь.
