معلومة

7.10 أ: إصلاح الحمض النووي - علم الأحياء

7.10 أ: إصلاح الحمض النووي - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتم تصحيح معظم الأخطاء أثناء النسخ المتماثل بواسطة بوليميراز الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل أو عن طريق آليات الإصلاح بعد النسخ المتماثل.

أهداف التعلم

اشرح كيف يتم إصلاح الأخطاء أثناء النسخ المتماثل

النقاط الرئيسية

  • تتعرف إنزيمات إصلاح عدم التطابق على القواعد المدمجة بشكل خاطئ ، وتزيلها من الحمض النووي ، وتستبدلها بالقواعد الصحيحة.
  • في إصلاح استئصال النوكليوتيدات ، تزيل الإنزيمات القواعد غير الصحيحة مع عدد قليل من القواعد المحيطة ، والتي يتم استبدالها بالقواعد الصحيحة بمساعدة بوليميريز الحمض النووي والقالب DNA.
  • عندما لا يتم تصحيح أخطاء النسخ المتماثل ، فإنها قد تؤدي إلى حدوث طفرات ، والتي يمكن أن يكون لها في بعض الأحيان عواقب وخيمة.
  • يمكن أن تكون الطفرات النقطية ، التي يتم استبدال قاعدة بها بأخرى ، صامتة (بدون تأثير) أو قد يكون لها تأثيرات تتراوح من خفيفة إلى شديدة.
  • قد تتضمن الطفرات أيضًا عمليات إدخال (إضافة قاعدة) ، أو حذف (فقدان قاعدة) ، أو انتقال (نقل جزء من الحمض النووي إلى موقع جديد على نفس الكروموسوم أو في كروموسوم آخر).

الشروط الاساسية

  • إصلاح عدم التطابق: نظام للتعرف على وإصلاح بعض أشكال تلف الحمض النووي والإدخال الخاطئ أو الحذف أو سوء دمج القواعد التي يمكن أن تنشأ أثناء تكرار الحمض النووي وإعادة التركيب
  • إصلاح الختان النوكليوتيدات: آلية إصلاح الحمض النووي التي تصحح الضرر الذي تسببه الأشعة فوق البنفسجية ، بما في ذلك ثايمين الثايمين و 6،4 من المنتجات الضوئية التي تسبب تشوهات ضخمة في الحمض النووي

أخطاء أثناء النسخ المتماثل

يعد تكرار الحمض النووي عملية دقيقة للغاية ، ولكن يمكن أن تحدث أخطاء في بعض الأحيان كما يحدث عندما يقوم بوليميراز الحمض النووي بإدخال قاعدة خاطئة. قد تؤدي الأخطاء غير المصححة أحيانًا إلى عواقب وخيمة ، مثل السرطان. يمكن لآليات الإصلاح تصحيح الأخطاء ، ولكن في حالات نادرة لا يتم تصحيح الأخطاء ، مما يؤدي إلى حدوث طفرات ؛ في حالات أخرى ، تكون إنزيمات الإصلاح نفسها متحولة أو معيبة.

الطفرات: في هذا التفاعل ، يمكنك "تحرير" خيط DNA والتسبب في حدوث طفرة. الق نظرة على التأثيرات!

يتم تصحيح معظم الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي على الفور عن طريق بوليميراز الحمض النووي الذي يدقق القاعدة التي تمت إضافتها للتو. في التدقيق اللغوي ، يقرأ DNA pol القاعدة المضافة حديثًا قبل إضافة القاعدة التالية حتى يمكن إجراء التصحيح. يتحقق البوليميراز مما إذا كانت القاعدة المضافة حديثًا قد تم إقرانها بشكل صحيح مع القاعدة الموجودة في حبلا القالب. إذا كانت القاعدة الصحيحة ، يضاف النيوكليوتيد التالي. إذا تمت إضافة قاعدة غير صحيحة ، يقوم الإنزيم بعمل قطع في رابطة الفوسفوديستر ويطلق النيوكليوتيدات غير الصحيحة. يتم تنفيذ ذلك عن طريق عمل نوكلياز خارجي لـ DNA pol III. بمجرد إزالة النيوكليوتيدات غير الصحيحة ، ستتم إضافة واحدة جديدة مرة أخرى.

لا يتم تصحيح بعض الأخطاء أثناء النسخ المتماثل ، ولكن بدلاً من ذلك يتم تصحيحها بعد اكتمال النسخ المتماثل ؛ يُعرف هذا النوع من الإصلاح باسم إصلاح عدم التطابق. تتعرف الإنزيمات على النيوكليوتيدات المضافة بشكل غير صحيح وتستأصله ؛ ثم يتم استبدال هذا بالقاعدة الصحيحة. إذا ظل هذا غير مصحح ، فقد يؤدي إلى مزيد من الضرر الدائم. كيف تتعرف إنزيمات إصلاح عدم التطابق على أي من القاعدتين غير صحيح؟ في بكتريا قولونية، بعد التكرار ، تكتسب القاعدة النيتروجينية الأدينين مجموعة ميثيل ؛ سيكون لشريط الحمض النووي الأبوي مجموعات ميثيل ، في حين أن الشريط المركب حديثًا يفتقر إليها. وبالتالي ، فإن بوليميراز الحمض النووي قادر على إزالة القواعد المدمجة بشكل غير صحيح من الخيط غير الميثيلي المركب حديثًا. في حقيقيات النوى ، الآلية ليست مفهومة جيدًا ، ولكن يُعتقد أنها تتضمن التعرف على النكات غير المختومة في الخيط الجديد ، بالإضافة إلى ارتباط مستمر قصير المدى لبعض بروتينات النسخ مع حبلا الابنة الجديدة بعد التكرار. منجز.

في نوع آخر من آلية الإصلاح ، إصلاح استئصال النوكليوتيدات ، تحل الإنزيمات محل القواعد غير الصحيحة عن طريق إجراء قطع على طرفي 3 و 5 للقاعدة غير الصحيحة. تتم إزالة جزء من الحمض النووي واستبداله بالنيوكليوتيدات المزاوجة بشكل صحيح عن طريق عمل DNA pol. بمجرد ملء القواعد ، يتم سد الفجوة المتبقية بوصلة فوسفوديستر محفزة بواسطة DNA ligase. غالبًا ما يتم استخدام آلية الإصلاح هذه عندما يتسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية في تكوين ثنائيات بيريميدين.

تلف الحمض النووي والطفرات

الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي ليست السبب الوحيد لظهور الطفرات في الحمض النووي. يمكن أن تحدث الطفرات ، الاختلافات في تسلسل النيوكليوتيدات في الجينوم ، أيضًا بسبب تلف الحمض النووي. قد تكون هذه الطفرات من نوعين: مستحثة أو عفوية. الطفرات المستحثة هي تلك التي تنتج عن التعرض للمواد الكيميائية أو الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية أو بعض العوامل البيئية الأخرى. تحدث الطفرات العفوية دون التعرض لأي عامل بيئي ؛ هم نتيجة ردود فعل طبيعية تحدث داخل الجسم.

قد يكون للطفرات مجموعة واسعة من التأثيرات. لا يتم التعبير عن بعض الطفرات. تُعرف هذه الطفرات الصامتة. الطفرات النقطية هي تلك الطفرات التي تؤثر على زوج أساسي واحد. أكثر طفرات النوكليوتيدات شيوعًا هي الاستبدالات ، حيث يتم استبدال قاعدة بأخرى. يمكن أن تكون هذه من نوعين: انتقالات أو عمليات عرضية. يشير الاستبدال الانتقالي إلى استبدال البيورين أو بيريميدين بقاعدة من نفس النوع ؛ على سبيل المثال ، يمكن استبدال البيورين مثل الأدينين بجوانين البيورين. يشير استبدال التحويل إلى البيورين الذي يتم استبداله ببيريميدين أو العكس ؛ على سبيل المثال ، يتم استبدال السيتوزين ، بيريميدين ، بالأدينين ، البيورين. يمكن أن تكون الطفرات أيضًا نتيجة إضافة قاعدة ، تُعرف باسم الإدراج ، أو إزالة قاعدة ، تُعرف باسم الحذف. في بعض الأحيان ، قد يتم نقل جزء من الحمض النووي من كروموسوم واحد إلى كروموسوم آخر أو إلى منطقة أخرى من نفس الكروموسوم.


إصلاح الحمض النووي: التعريف والآليات | علم الوراثة

في هذه المقالة سوف نناقش حول تعريف وآليات إصلاح الحمض النووي.

تعريف إصلاح الحمض النووي:

أحد الأهداف الرئيسية للنظام البيولوجي هو الحفاظ على التسلسل الأساسي للحمض النووي من جيل إلى آخر. تنشأ التغييرات في تسلسل الحمض النووي أثناء تكرار تلف الحمض النووي بواسطة المطفرات الكيميائية والإشعاع. أثناء النسخ المتماثل إذا تمت إضافة نيوكليوتيدات غير صحيحة ، يتم تصحيحها من خلال نظام التحرير بواسطة DNA Pol I و DNA Pol III.

الأنظمة الأخرى موجودة أيضًا لتصحيح الأخطاء المفقودة من خلال وظيفة التحرير. يطلق عليه نظام إصلاح عدم التطابق. يقوم نظام إصلاح عدم التطابق بتحرير الأخطاء التي يتركها DNA Pol I و DNA III ويزيل النيوكليوتيدات الخاطئة. قراءة الإثبات من قبل بول الأول والثالث.

دائمًا ما يتلف الحمض النووي ويتحول إلى طفرة بسبب العديد من المواد الكيميائية والإشعاع. فقط عدد قليل من الأخطاء تتراكم في تسلسل الحمض النووي. تتسبب الأخطاء المستقرة في حدوث طفرة ويتم التخلص من الباقي. إذا تم تصحيح الأخطاء في تسلسل الحمض النووي قبل انقسام الخلية ، فلن تحدث طفرة. ومع ذلك ، هناك بعض أضرار الحمض النووي التي لا يمكن تحويرها لأن الأضرار لا تتكرر. لذلك ، تسبب هذه الأضرار موت الخلايا.

هناك عدة أنواع من الأضرار التي تحدث في الحمض النووي:

(أ) تعديل قاعدة واحدة أو أكثر بواسطة مواد كيميائية شديدة التفاعل مثل عوامل الألكلة مثل nitroso-amine و nitrosoguanidine ،

(ب) فقدان قواعد البيورين بسبب تغير درجة الحموضة المحلية ،

(ج) حبلا منفرد أو كسر حبلا مزدوج بسبب قوى الانحناء أو القص ،

(د) تكوين Dimer (dimerisation) بين جزيئين بيريميدين متجاورين (مثل T-T) بسبب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.

بسبب dimerisation لا يجب أن تحدث رابطة هيدروجينية مع البيورين المتعارض. ينتج عن هذا تشويه اللولب. معظم الأخطاء العفوية مؤقتة لأنه يتم تصحيحها قريبًا من خلال عملية تسمى إصلاح الحمض النووي.

آليات إصلاح الحمض النووي:

هناك أربعة مسارات رئيسية يتم من خلالها إصلاح الثايمين الثايمين الثايمين في الحمض النووي: الضوء في الإصلاح والتأخير (إعادة التنشيط الضوئي) والإصلاح المستقل عن الضوء (الاستعادة الداكنة والقصيرة).

(ط) إعادة تنشيط الصور:

يتم إصلاح أضرار الأشعة فوق البنفسجية التي تسببها الخلايا بعد تعرضها للضوء المرئي. هذا يسمى إعادة تنشيط الصورة. في هذه الآلية ، يشق إنزيم فوتولياز DNA DNA ثنائيات T-T ويعكس إلى المرحلة الأحادية (الشكل 9.17). يتم تنشيط هذا الإنزيم فقط عند تعرضه للضوء المرئي.

تفتقر الخلايا الطافرة إلى فوتولياز. يمتص هذا الإنزيم الطاقة ، ويربط حلقة السيكلوبوتان بالمواقع المعيبة في الحمض النووي ويعزز انقسام الروابط التساهمية المتكونة بين T-T. يوجد هذا الإنزيم في العديد من الثدييات المشيمية والبكتيرية. أخيرًا ، يتم التخلص من بقايا الثايمين ويتم إصلاح التلف.

بعض التحاليل الضوئية الأخرى تحفز إصلاح الحمض النووي بطرق أخرى. إن إنزيم فوتولياز الضوئي 6-4 من المنتجات الضوئية يصلح تلف الحمض النووي ، أي 6-4 منتج ضوئي الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية. يتكون المنتج الضوئي 6-4 نتيجة تكوين رابطة C4-C6 بين اثنين من بيريميدينات متجاورة أو بسبب انتقال البديل من موضع C4 لبيريميدين واحد إلى موضع C6 لبيريميدين المجاور. إن فوتولياز فوتوبرودوكتور C4 يصحح كلا الخطأين.

في Bacillus subtilis ، يتم إنتاج منتج ضوئي بوغ (5-ثيرمينيل -5 ، 6-ثنائي هيدرو-ثايمين) بعد الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن ليس ثنائيات البيوتان الحلقي. في التفاعل المستقل عن الضوء ، يتم تكوين لياز منتج ضوئي والذي يعمل على إصلاح الرابطة C-C بين اثنين من الثايمين.

(2) إصلاح الختان:

إنها عملية إنزيمية. في هذه الآلية ، يتم إزالة الجزء التالف واستبداله بحمض نووي جديد. يعمل خيط الحمض النووي الثاني كقالب لتركيب جزء جديد من الحمض النووي.

يتضمن إصلاح الختان الحمض النووي بأطوال مختلفة مثل:

(أ) إصلاح التصحيح القصير جدا

يتضمن إصلاح التصحيح القصير جدًا عدم تطابق قاعدة واحدة ، بينما يتعامل الأخيران مع عدم التطابق في بقع طويلة من الحمض النووي. يتم إصلاح البقع القصيرة والطويلة من جزيئات الحمض النووي التالفة بواسطة جينات الأشعة فوق البنفسجية على سبيل المثال uvr A و B C و D التي تشفر نوكلياز الإصلاح.

(أ) إصلاح الختان الأساسي:

يتم إصلاح الآفات التي تحتوي على تشوه غير حلزوني (مثل قواعد الألكلة) عن طريق إصلاح استئصال القاعدة. يتضمن على الأقل ستة إنزيمات تسمى جليكوزيلات الحمض النووي.

يتعرف كل إنزيم على الأقل على القواعد ويزيل من حبلا الحمض النووي. تقوم الإنزيمات بإزالة السيتوزين المنزوع الأمين ، والأدينين المنزوع الأمين ، والقاعدة المؤلكلة أو المؤكسدة. يبدأ مسار إصلاح استئصال القاعدة بربط الحمض النووي بالجليكوزيل. على سبيل المثال ، يقوم إنزيم uracyl DNA glycosylase بإزالة اليوراسيل الذي انضم بشكل خاطئ مع G والذي هو بالفعل سيتوزين منزوع الأمين (الشكل 9.18A).

ثم يقوم AP- نوكلياز (موقع أبورينيك أو أبيرمينيك) وفوسفوديستيراز بإزالة فوسفات السكر. AP- تنشأ المواقع نتيجة لفقدان البيورين أو بيريميدين. تتطور فجوة من النوكليوتيدات المفردة على الحمض النووي الذي يعمل بمثابة قالب تمهيدي لبوليميراز الحمض النووي لتخليق الحمض النووي وملء الفجوة بواسطة DNA lygase.

(ب) إصلاح ختان النوكليوتيدات:

يتم إصلاح أي نوع من الضرر الذي له تغير كبير في حلزون الحمض النووي يسبب تغيرات حلزونية في بنية الحمض النووي من خلال هذا المسار. قد ينشأ هذا الضرر بسبب ثنائيات البيريميدين (T-T و T-C و C-C) الناتجة عن ضوء الشمس وتنضم تساهميًا إلى الهيدروكربون الكبير (على سبيل المثال مادة مسرطنة البنزوبيرين).

في E. coli ، يتعرف نوكلياز الإصلاح على التشوه الناتج عن T-T dimer ويقوم بعمل قطعتين في العمود الفقري لفوسفات السكر على كل جانب من الضرر. يزيل إنزيم هليكازات الحمض النووي قليل النوكليوتيد من اللولب المزدوج الذي يحتوي على تلف. إن بوليميراز الدنا III و DNA ligase يعملان على إصلاح الفجوة الناتجة في حلزون DNA (الشكل 9.18 ب).

(ج) إصلاح إعادة التركيب (إصلاح فجوة الابنة):

عندما تفشل آليات إصلاح الختان ، فإن هذه الآلية مطلوبة لإصلاح الأخطاء. تعمل هذه الآليات في الكروموسوم الفيروسي في الخلية المضيفة التي يتلف حمضها النووي. تعمل هذه الآلية فقط بعد النسخ المتماثل ، لذلك تُعرف أيضًا باسم إصلاح ما بعد النسخ المتماثل.

من المحتمل أن بروتين RecA الموجود في الإشريكية القولونية يحفز ويقلل من خيوط الحمض النووي من أجل تبادل الخيوط والأختام. وهكذا يتم استئصال قطعة واحدة من الحمض النووي الذي تقطعت به السبل دون أي عيب من حبلا على قطعة الحمض النووي المتشابهة والشيمولوجي عند شوكة النسخ المتماثل.

يتم إدخاله في الفجوة الناتجة عن استئصال ثايمين الثايمين (الشكل 9.19). ثم ينضم الإجراء com & shybined لـ DNA Pol I و DNA ligase إلى القطعة المدرجة. يتم ملء الفجوة المتكونة في جزيء DNA المتبرع أيضًا بواسطة DNA Pol I وإنزيمات ligase.

(د) إصلاح رقعة قصير جدًا موجه بالميثيل:

يتم إجراء إصلاح رقعة قصيرة جدًا (VSP) عن طريق استخدام مثيلة للقواعد خاصة السيتوزين والأدينين. في الإشريكية القولونية ، يتم إجراء ميثيل الأدينين في تسلسل -GATC بواسطة إنزيم ميثيلاز (منتج من جين السد) على كلا شريطين من الحمض النووي. بعد التكرار ، يبقى فقط A من -GATC- من خصلة واحدة ميثلة ، بينما يظل الآخر غير ميثيل حتى ينجز الميثيلاز الميثيل (الشكل 9.20 أ-ب).

يتطلب نشاط إصلاح الإشريكية القولونية أربعة بروتينات ، مثل Mutl ، و MutS ، و MutU (UvrS) ، و MutH بواسطة الجينات mutL ، و mutS ، و mutU ، و mutH ، على التوالي. الجينات الطافرة هي المواقع التي تزيد من تواتر الطفرة التلقائية. يسمح GATC غير المميثل لـ MutL بالتعرف على عدم التطابق خلال الفترة الانتقالية.

هذا يساعد MutS على الارتباط بعدم التطابق. يدعم MutU في فك اللفائف الأحادية والبروتينات المرتبطة بالحمض النووي (SSB) والحفاظ على التضاريس الهيكلية للحبلة المفردة. يقوم MH بشق خيط DNA المركب حديثًا ويفصل البروتين MutU حبلا عدم التطابق (A).

ومع ذلك ، هناك تدرج من المثيلة على طول الخيط المركب حديثًا. يحدث أقل مثيلة عند شوكة النسخ المتماثل. يتم ميثلة حبلا الوالدين بشكل موحد.

تقوم القواعد الميثيلية بتوجيه آليات الاستئصال إلى الخيط المركب حديثًا الذي يحتوي على النيوكليوتيدات غير الصحيحة (B). خلال هذه الفترة الانتقالية ، يعمل نظام الإصلاح ويميز بين الخيوط القديمة والجديدة ويصلح الخيوط الجديدة فقط.

إصلاح SOS (Save Our Soul) هو نظام إصلاح جانبي. ويسمى أيضًا الإصلاح الطارئ. يؤدي التلف في الحمض النووي نفسه إلى إحداث نظام SOS التنظيمي وهو آلية خلوية معقدة.

تعمل SOS حيث تتشكل مخففات الصور التي تؤدي إلى موت الخلية. SOS هي المحاولة الأخيرة لتقليل الطفرة من أجل البقاء. إنه يستحث عددًا من عمليات إصلاح الحمض النووي. يعمل نظام SOS في حالة عدم وجود قالب DNA. لذلك ، تنشأ العديد من الأخطاء مما يؤدي إلى حدوث طفرة.

بشكل عام ، تظل جينات نظام SOS في حالة مكبوتة بسبب بروتين LexA. يتم تعطيل قمع SOS بواسطة بروتياز RecA. يتم تشكيله بعد تحويل بروتين RecA عن طريق تلف الحمض النووي.

ينتج عن تلف الحمض النووي تحويل بروتين RecA إلى بروتياز RecA (الشكل 9.21A). بروتين ريكا يكسر بروتين ليكسا (ب). عادةً ما يثبط بروتين LexA النشاط أو جين recA (C) وجينات إصلاح الحمض النووي (uvrA و umuD) (D).

أخيرًا ، يتم تنشيط جينات إصلاح الحمض النووي. لا يقوم نظام SOS بإصلاح مقدار الضرر الكبير. عندما ينتهي إصلاح الحمض النووي ، يفقد بروتين RecA نشاطه التحلل للبروتين. ثم يتراكم بروتين LexA ويرتبط بمشغل SOS ويوقف تشغيل عامل SOS (D). ومع ذلك ، فإن القمع لم يكتمل. إلى جانب ذلك ، يتم أيضًا إنتاج بعض بروتينات RecA التي تعمل على تثبيط بروتين LexA.


31 إصلاح الحمض النووي

يعد تكرار الحمض النووي عملية دقيقة للغاية ، ولكن يمكن أن تحدث أخطاء في بعض الأحيان. إذا لم يتم تصحيح هذه الأخطاء ، فقد يؤدي ذلك إلى أ طفره: تغيير في تسلسل الحمض النووي. قد تؤدي الطفرات غير المصححة أحيانًا إلى عواقب وخيمة ، مثل السرطان. إحدى الطرق التي يمكن أن تحدث بها الطفرة هي إدخال بوليميراز الحمض النووي قاعدة خاطئة. عادةً ما تصحح آليات الإصلاح هذه الأخطاء ، لكنها تفشل أحيانًا في تصحيح الخطأ.

يتم تصحيح معظم الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي على الفور بواسطة بوليميراز الحمض النووي (الإنزيم الذي يبني DNA جديدًا أثناء النسخ المتماثل) عن طريق تدقيق القواعد التي تمت إضافتها للتو (الشكل 1). في التدقيق اللغوي ، يقرأ بوليميراز الحمض النووي القاعدة المضافة حديثًا قبل إضافة القاعدة التالية ، بحيث يمكن إجراء التصحيح. يتحقق البوليميراز مما إذا كانت القاعدة المضافة حديثًا قد تم إقرانها بشكل صحيح مع القاعدة الموجودة في حبلا القالب. إذا كانت القاعدة الصحيحة ، يضاف النيوكليوتيد التالي. إذا تمت إضافة قاعدة غير صحيحة ، يقوم الإنزيم بعمل قطع في الرابطة التساهمية ويطلق النوكليوتيدات الخاطئة. بمجرد إزالة النوكليوتيدات غير الصحيحة ، ستتم إضافة واحدة جديدة مرة أخرى (شكل 1).

الشكل 1 الشكل 1 يصحح التصحيح اللغوي بواسطة بوليميراز الحمض النووي الأخطاء أثناء النسخ المتماثل. رصيد الصورة Madeline Price Ball Wikimedia.

لا يتم تصحيح بعض الأخطاء أثناء النسخ المتماثل ، ولكن بدلاً من ذلك يتم تصحيحها بعد اكتمال النسخ المتماثل (الشكل 2). تتعرف الإنزيمات على النيوكليوتيدات المضافة بشكل غير صحيح وتستأصله ثم يتم استبداله بالقاعدة الصحيحة. إذا ظل هذا غير مصحح ، فقد يؤدي إلى مزيد من الضرر الدائم.

الشكل 2 تم الكشف عن القاعدة المضافة بشكل غير صحيح بعد النسخ المتماثل. تكتشف بروتينات الإصلاح هذه القاعدة وتزيلها من الخيط المركب حديثًا عن طريق عمل نوكلياز. تمتلئ الفجوة الآن بالقاعدة المقترنة بشكل صحيح.

في نوع آخر من آلية الإصلاح ، تحل الإنزيمات محل القواعد غير الصحيحة عن طريق إجراء قطع على جانبي القاعدة غير الصحيحة (الشكل 3). تتم إزالة جزء الحمض النووي واستبداله بالنيوكليوتيدات المقترنة بشكل صحيح عن طريق عمل بوليميريز الحمض النووي. بمجرد ملء القواعد ، يتم سد الفجوة المتبقية بواسطة إنزيم يسمى DNA ligase. غالبًا ما تُستخدم آلية الإصلاح هذه عندما يتسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية في جعل اثنين من الثايمين متصلين ببعضهما البعض في ثايمين ثايمين ثايمين (صغير & # 8211 يربط بين الطرفين في الشكل 3).

الشكل 3 إصلاح ثايمين الثايمين. عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية ، يمكن أن يشكل الثايمين المتاخم لبعضه ثايمين الثايمين. في الخلايا الطبيعية ، يتم استئصالها واستبدالها.

يظهر مثال مدروس جيدًا على الأخطاء التي لم يتم تصحيحها في الأشخاص الذين يعانون من جفاف الجلد الصباغي (الشكل 4). الأفراد المصابون لديهم بشرة شديدة الحساسية للأشعة فوق البنفسجية من الشمس. عندما يتعرض الأفراد للأشعة فوق البنفسجية ، تتشكل ثايمين ثايمين ثايمين. عادة ، يمكن قطع هذه الثنائيات وإصلاحها ، لكن الأشخاص المصابين بجفاف الجلد الصباغي غير قادرين على إصلاح الضرر بسبب خلل في إنزيمات الإصلاح. تشوه ثايمر الثايمين بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي ، وهذا يسبب مشاكل أثناء تكرار الحمض النووي. الأشخاص المصابون بجفاف الجلد الصباغي أكثر عرضة للإصابة بسرطان الجلد من أولئك الذين لا يعانون من هذه الحالة.

الشكل 4 Xeroderma pigmentosa هي حالة لا يتم فيها إصلاح ثايمين الثايمين من التعرض للأشعة فوق البنفسجية. يؤدي التعرض لأشعة الشمس إلى حدوث آفات جلدية. (الائتمان: جيمس هالبيرن وآخرون)

الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي ليست السبب الوحيد لظهور الطفرات في الحمض النووي. يمكن أن تحدث الطفرات أيضًا بسبب تلف الحمض النووي. يمكن أن تنتج الطفرات من التعرض لـ مطفر: المواد الكيميائية أو الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية أو بعض العوامل البيئية الأخرى. يمكن أن تحدث الطفرات أيضًا دون التعرض لأي عامل بيئي نتيجة تفاعلات طبيعية تحدث داخل الجسم.

قد يكون للطفرات مجموعة واسعة من التأثيرات. بعض الطفرات ليس لها تأثير على البروتين الذي ينتجه الكائن الحي وتعرف باسم الطفرات الصامتة. يمكن أن يكون للطفرات الأخرى تأثيرات خطيرة على الكائن الحي (مثل الطفرة التي تسبب جفاف الجلد الصباغي).

من المعروف أن الطفرات في جينات الإصلاح تسبب السرطان. تم ربط العديد من جينات الإصلاح الطافرة بأشكال معينة من سرطان البنكرياس وسرطان القولون وسرطان القولون والمستقيم. يمكن أن تؤثر الطفرات على الخلايا الجسدية أو الأمشاج. إذا تراكمت العديد من الطفرات في الخلية ، فقد تؤدي إلى مشاكل مثل الانقسام الخلوي غير المنضبط الذي لوحظ في السرطان. إذا حدثت طفرة في خلية جنسية ، يمكن أن تنتقل الطفرة إلى الجيل التالي.


بروتين تم اكتشافه حديثًا يعمل على إصلاح الحمض النووي

الائتمان: Pixabay / CC0 Public Domain

حدد باحثون من جامعة إشبيلية ، بالتعاون مع زملائهم من جامعتي مورسيا وماربورغ (ألمانيا) ، بروتينًا جديدًا يجعل من الممكن إصلاح الحمض النووي. تطور البروتين المعني ، المسمى cryptochrome ، ليحصل على هذه الوظيفة وغيرها داخل الخلية.

يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تلحق الضرر بالحمض النووي ، مما يؤدي إلى حدوث طفرات تعطل وظيفة الخلية ويمكن أن تسمح للخلايا السرطانية بالنمو خارج نطاق السيطرة. تمتلك خلايانا أنظمة إصلاح الحمض النووي للدفاع عن نفسها ضد هذا النوع من الضرر. يعتمد أحد هذه الأنظمة على بروتين ، وهو photolyase ، الذي يستخدم الضوء الأزرق لإصلاح تلف الحمض النووي قبل أن يؤدي إلى حدوث طفرات.

على مدار التطور ، تضاعفت جينات الفوتولياز وأصبحت متخصصة ، مما أدى إلى إنشاء بروتينات جديدة ، كرومات كريبتوكروم ، شحذت قدرتها على إدراك الضوء الأزرق وأداء وظائف أخرى الآن في الخلايا. على سبيل المثال ، تستخدم الكريبتوكرومات الضوء الأزرق كإشارة لتنظيم نمو النبات والإيقاع الذي يتحكم في النشاط اليومي (إيقاع الساعة البيولوجية) في الفطريات والحيوانات.

اكتشف مؤلفو هذه الدراسة أنه في الفطريات Mucor circinelloides ، أحد مسببات الأمراض البشرية ، فإن الكريبتوكرومات هي البروتين المسؤول عن إصلاح الحمض النووي بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية ، وهي وظيفة يجب أن يؤديها الفوتولياز. يقترحون أيضًا أن الكريبتوكرومات في هذه الفطريات اكتسبت قدرتها على إصلاح الحمض النووي أثناء التطور من الكريبتوكروم الأسلاف الذي لم يكن قادرًا على إصلاح الحمض النووي. يوضح هذا الاكتشاف كيف تتغير البروتينات مع تطور وظائفها.


تكشف الدراسة عن التغييرات الهيكلية لبروتين رئيسي يشارك في إصلاح الحمض النووي

الشكل 1: تنشيط البنية البلورية لـ PARP2 عن طريق الارتباط بتلف الحمض النووي. من: تنشيط PARP2 / ARTD2 عن طريق تلف الحمض النووي يؤدي إلى تغييرات توافقية مما يخفف من تثبيط الإنزيم الذاتي

اكتشف باحثون من جامعة أولو في فنلندا ، لأول مرة ، التركيب الجزيئي لبروتين رئيسي ، PARP2 ، عند ارتباطه بالحمض النووي التالف. PARP2 هو أحد الإنزيمات الرئيسية التي تحمي وتحافظ على جينوماتنا التي تتضرر باستمرار بسبب المواد الكيميائية والإشعاع من بيئتنا. تُظهر الدراسة الجديدة بالتفصيل بنية إنزيم PARP2 المنشط في مركب مع قليل النوكليوتيدات يحاكي الحمض النووي التالف.

تم نشر النتائج الجديدة في اتصالات الطبيعة.

تم إجراء الدراسة في Biocenter Oulu وفي كلية الكيمياء الحيوية والطب الجزيئي ، جامعة Oulu ، فنلندا ، داخل وحدة أبحاث البروتين والبيولوجيا الإنشائية. يقود فريق البحث البروفيسور لاري ليتيو.

تكشف الدراسة لأول مرة كيف يكتشف PARP2 تلف الحمض النووي ويبدأ سلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى إصلاح الحمض النووي. يؤدي اكتشاف تلف الحمض النووي إلى تغييرات في بنية الإنزيم تشرح كيف يمكن لـ PARP2 ربط الجزيئات الأخرى عند اكتشاف آفة الحمض النووي. هذا لا يوضح فقط النتائج التي تم الإبلاغ عنها سابقًا عن إنزيمات PARP ولكنه يساعد في دراسات إصلاح الحمض النووي في المستقبل.

توفر النتائج أيضًا نظرة ثاقبة حول التطوير المستند إلى الهيكل للأدوية الجديدة المضادة للسرطان والتي كانت تستند حتى الآن إلى التشكل غير النشط لإنزيمات PARP.

يوضح البروفيسور ليهتيو: "عند حل البنية ، تحمسنا حقًا عندما رأينا التغييرات التوافقية التي يمكن أن يمر بها هذا الإنزيم أثناء التنشيط - أكبر بكثير مما اعتقدنا سابقًا أثناء التعرف على تلف الحمض النووي".

قام ثلاثة باحثين ما بعد الدكتوراه ، Ezeogo Obaji ، و Mirko Maksimainen ، و Albert Galera-Prat ، جنبًا إلى جنب مع قائد الفريق ، بحل الهيكل والتحقق من صحته باستخدام مجموعة من القياسات البيوكيميائية والفيزيائية الحيوية.


ما هو إصلاح الحمض النووي؟

يقدم إنزيم بوليميريز الحمض النووي أحيانًا عن طريق الخطأ قواعد خاطئة من شأنها أن تعطل التقشير الطبيعي لقاعدة واتسون كريك للحمض النووي. هناك أيضًا العديد من الاحتمالات لحدوث تلف في الحمض النووي أثناء إعادة التركيب الجيني أثناء تكوين الأمشاج عن طريق انقسام الخلايا الانتصافية. إذا لم يتم تصحيح الأضرار أو الأخطاء في الحمض النووي في الخلايا الجسدية ، فقد يؤدي ذلك إلى تطور السرطان أو يؤدي إلى فقدان وظيفة الجينات. أكثر من ذلك ، إذا لم يتم تصحيح أضرار الحمض النووي في الأمشاج ، فسيتم نقلها إلى الجيل التالي من خلال السلالات. وبالتالي ، فإن الضرر الذي يلحق بالمواد الوراثية يمثل تهديدًا كبيرًا لجميع الكائنات الحية. من أجل مواجهة هذه التهديدات ، طورت الخلايا العديد من الطرق للتغلب على أنواع مختلفة من أضرار الحمض النووي وتصحيحها. كل هذه الأساليب مجتمعة تسمى إصلاح الحمض النووي الآليات. على غرار تكرار الحمض النووي والنسخ والترجمة ، تعد عملية إصلاح الحمض النووي أيضًا حدثًا جزيئيًا رئيسيًا في الخلايا وهو أمر ضروري للغاية للبقاء النهائي للخلايا وأيضًا لبقاء الكائن الحي.

إصلاح الحمض النووي وجائزة نوبل في الكيمياء (2015)

منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2015 لاكتشاف ومساهمات آلية إصلاح الحمض النووي. تقاسم جائزة نوبل في الكيمياء هذا العام ثلاثة علماء هم توماس ليندال وبول مودريتش وعزيز سانكار عن "دراساتهم الآلية لإصلاح الحمض النووي". الآلية التفصيلية لإصلاح الحمض النووي في الخلايا التي نعرفها اليوم ترجع أساسًا إلى أبحاثهم. أوضح البروفيسور توماس ليندال أن الحمض النووي هو جزيء غير مستقر يتعرض للتلف حتى في ظل الظروف الفسيولوجية. كما حدد إنزيم DNA glycosylase الجديد تمامًا ووصف دوره في آليات إصلاح الحمض النووي. حوّل البروفيسور بول مودريتش مجال إصلاح عدم التطابق إلى فهم كيميائي حيوي مفصل أولاً للبكتيريا ولاحقًا في حقيقيات النوى. شرح البروفيسور سانكار آلية إصلاح ختان النوكليوتيدات أولاً في البكتيريا ثم لاحقًا في الخلايا حقيقية النواة. وأوضح أيضًا الآليات الجزيئية وراء عملية التنشيط الضوئي ، وهي نوع من آلية إصلاح الحمض النووي المعتمدة على الضوء. ساعدتنا كل هذه المساهمات في فهم طبيعة بعض الأمراض مثل السرطان وساعدت في تطوير علاجات جديدة ضد العديد من الأمراض بما في ذلك السرطان.

القوى المدمرة التي يواجهها الحمض النووي في الخلية

هناك فئتان من القوى المدمرة في الخلايا التي يمكن أن تلحق الضرر بالحمض النووي من الناحية الهيكلية والكيميائية. هم انهم:

(1). العوامل الداخلية أو الجوهرية: يشملوا: -

Ø وسيطة التمثيل الغذائي

(2). عوامل خارجية أو خارجية: يشملوا: -

Ø الأشعة (الأشعة السينية ، الأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة فوق البنفسجية)

Ø العوامل المسببة للسرطان / عوامل إقحام الحمض النووي

كما يوحي الاسم ، تنشأ العوامل الداخلية داخل الخلية نفسها. يمكن للجذور الحرة التفاعلية والمواد الوسيطة الأيضية أو المنتجات الثانوية الأيضية أن تلحق أضرارًا بالغة بالحمض النووي ويمكن أن تحدث طفرات تلقائية. على سبيل المثال ، نزع الأمين المؤكسد للنيوكليوتيدات في الخلايا والذي ينتج عنه تحويل السيتوزين إلى اليوراسيل ناتج عن وسيطة أيضية. الأخطاء التي تحدث أثناء تكرار الحمض النووي وإعادة التركيب تعتبر أيضًا من العوامل الداخلية.

تندرج العوامل الخارجية الرئيسية التي يمكن أن تلحق الضرر بالحمض النووي الخلوي تحت فئتين فرعيتين. من بينها الأنواع المختلفة من الراديان هي الأكثر أهمية. يمكن للإشعاعات مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما أن تعطل بشدة بنية وكيمياء الحمض النووي مما يؤدي إلى مجموعة متنوعة من احتمالات الطفرات. وبالمثل ، يمكن أن تتفاعل المواد الكيميائية المسببة للسرطان المختلفة ، والتي نطلق عليها عمومًا عوامل تداخل الحمض النووي ، بشكل مباشر مع الحمض النووي ويمكن أن تسبب تعديلات هيكلية وكيميائية مختلفة في الحمض النووي.

عندما تفقد الكيمياء التوافقية الطبيعية للحمض النووي بسبب أي من هذه العوامل الداخلية أو الخارجية ، يمكننا القول أن هناك ضررًا في الحمض النووي. كما هو الحال في الصورة ، يتم فقد التناظر التوافقي الطبيعي للحمض النووي بسبب تكوين ثايمين الثايمين بواسطة الأشعة فوق البنفسجية وهذا خلق انتفاخًا في خيط واحد. الانتفاخ الناتج عن ثايمين الثايمر يمكن أن يسمى آفة الحمض النووي.

الآفات الهيكلية المحتملة التي يمكن أن تحدث للحمض النووي:

(1). تشكيل ديمر الثايمين:

أكثر الآفات الهيكلية شيوعًا في الحمض النووي هي تكوين ثنائي بيريميدين. يتشكل من خلال تكوين الرابطة التساهمية بين اثنين من بقايا بيريميدين متجاورة مثل بين اثنين من الثايمين أو اثنين من السيتوزين أو نادرًا جدًا الثايمين والسيتوزين. ينتج تكوين ثنائي بيريميدين عن طريق الأشعة فوق البنفسجية للحمض النووي. من بين الأنواع الثلاثة من ثايمر بيريميدين ، يكون تكوين ثايمين الثايمين هو الأكثر شيوعًا. عندما يصطدم الحمض النووي بضوء الأشعة فوق البنفسجية ، تنكسر الروابط الهيدروجينية بين الخيوط وتتشكل رابطتان تساهمية بين بقايا الثايمين. تتشكل الرابطة التساهمية عن طريق كسر رابطتين مزدوجتين موجودتين بين C5 و C6 من بقايا الثايمين المجاورة. يُطلق على ثايمين الثايمين أيضًا اسم الميمر الضوئي cyclobutane أو CPD لأنه يشبه من الناحية الهيكلية نواة cyclobutane. إذا ترك الثايمين الثايمين في الحمض النووي دون تصحيح ، فإنه سوف يسبب سرطان الجلد ، وهو نوع من سرطان الجلد.

(2). التنقية التلقائية للحمض النووي

يرجع ذلك إلى الإزالة التلقائية لبقايا الأدينين أو الجوانين من الحمض النووي بسبب انقسام رابطة N-glycosyl التي تربط قاعدة النيتروجين بسكر الديوكسيريبوز. ينتج عن إزالة البول تكوين موقع أبورينيك (موقع AP). يعطل موقع Apurinic هيكليًا التشكل الطبيعي للحمض النووي. إذا تُرك الموقع الأبوريني دون تصحيح ، فإن العديد من أنواع النمو السرطاني تبدأ في الأنسجة.

(3). نزع الآمني العفوي للقواعد في الحمض النووي

كما يوحي الاسم ، فهو إزالة المجموعات الأمينية من قواعد النيتروجين في الحمض النووي. عادة ما ينتج نزع الأمين عن الإزالة المؤكسدة للمجموعة الأمينية من قواعد النيتروجين. ينتج نزع الأمين عن قواعد غير طبيعية أو تغيير في التسلسل الأساسي وينتج عنه طفرة نقطية في الحمض النووي. القواعد غير الطبيعية هي قواعد أخرى غير الأدينين أو الجوانين أو الثايمين أو السيتوزين أو اليوراسيل. Hypoxanthine و xanthine هما القاعدتان غير الطبيعيتان اللتان تم دمجهما في الحمض النووي بسبب نزع الأمين التلقائي.

يؤدي نزع الأمين من الأدينين إلى تكوين هيبوكسانثين. نزع أمين الجوانين يخلق قاعدة غير طبيعية أخرى تسمى الزانثين. نزع الأمين من السيتوزين يخلق اليوراسيل. نظرًا لأن uracil ليس قاعدة DNA ، فإنه سيدمر الاقتران الطبيعي لقاعدة Watson-Crick للحمض النووي. بسبب عدم وجود المجموعة الأمينية ، فإن نزع بقايا الثايمين غير ممكن. هناك نوع آخر من أنواع نزع الآفات ، وهو في الواقع أكثرها خطورة وخطورة. كجزء من آلية تنظيم الحمض النووي ، سيتم ميثلة معظم السيتوزين الموجود في الحمض النووي في موقعه الخامس باعتباره 5 ميثيل سيتوزين. ينتج نزع الأمين من 5-ميثيل سيتوزين الثايمين وبالتالي يخلق طفرة نقطية.

(4). أخطاء في تكرار الحمض النووي / إعادة التركيب

ويرجع ذلك إلى التضمين العرضي لقواعد خاطئة في الحمض النووي بواسطة بوليميراز الحمض النووي أثناء تكرار الحمض النووي. يحتوي بوليميريز الحمض النووي أيضًا على نشاط نوكلياز خارجي والذي عادةً ما يزيل القواعد الخاطئة ويدخل القاعدة الصحيحة من خلال عملية تسمى "إثبات القراءة". أحيانًا تفشل طريقة قراءة الإثبات في اكتشاف القاعدة الخاطئة وتستمر القاعدة الخاطئة في الحمض النووي. إذا لم يتم تصحيح هذه الأخطاء ، فسيحدث تغيير أساسي في دورة النسخ المتماثل التالية في الحمض النووي وتصاب ابنة واحدة بالطفرة.

آليات إصلاح الحمض النووي المختلفة في الخلية:

في هذا المنشور ، سنذكر فقط أسماء آليات إصلاح الحمض النووي المختلفة التي لدينا منشورات مفصلة مع دروس فيديو لكل من آليات الإصلاح هذه.

حتى الآن ، هناك ستة أنواع مختلفة من آليات إصلاح الحمض النووي المعروفة للعلم.

(1). تنشيط ضوئي: تعتمد آلية إصلاح الحمض النووي الخفيفة التي تزيل ثايمين الثايمين

(2). إصلاح استئصال القاعدة (BER): فقط القاعدة التالفة يتم إزالتها أو إزالتها من حبلا الحمض النووي دون إزالة القواعد الطبيعية

(3). إصلاح ختان النوكليوتيدات (NER): تتم إزالة القواعد التالفة جنبًا إلى جنب مع امتداد قصير من الحامل الصحي وإعادة تعبئتها بالقواعد الصحيحة

(4). إصلاح عدم التطابق أو معدل وفيات الأمهات: كما يوحي الاسم ، فإنه يزيل القواعد غير المتطابقة من الحمض النووي ويملأ بالقواعد الصحيحة.

(5). إصلاح كسر حبلا مزدوجة: يتم تصحيح آفات كسر حبلا مزدوجة

(6). إصلاح موجه التنادد: هنا يتم إجراء امتداد طويل لإصلاح الحمض النووي من خلال التشاور مع التسلسل في الكروموسوم المتماثل

هناك نوع آخر من إستراتيجيات إصلاح الحمض النووي في الخلايا تسمى استجابة SOS ، وهي في الواقع ليست آلية لإصلاح الحمض النووي. تبدأ استجابة SOS في الخلايا بعد تلف شديد في الحمض النووي. تؤدي استجابات SOS إلى العديد من العمليات الجزيئية في الخلايا ويعد إصلاح الحمض النووي أحد هذه العمليات.

The repair mechanisms such as, photoreactivation, base excision repair, nucleotide excision repair and mismatch repair, only the damaged strand of the DNA duplex is repaired and the undamaged strand acts as the template strand. However in double strand break repair and homology directed repair, both the strands of a DNA duplex are repaired.


Types of DNA Damage

Based on the source of DNA damage, there are many different types of DNA damages that can occur.

Damages Due to Endogenous Sources

There are mainly five types of DNA damage that are caused by endogenous sources:

Base oxidation (for instance 8-oxo-7 or 8-dihydroguanine, 8-oxo-7), as well as, there could be DNA strand interruptions caused by reactive oxygen species.

Alkylation of bases can happen (mostly methylation) for example formation of 1-methyladenine, 7-methylguanine, 6-O-Methylguanine, etc.

Bulky adduct formation - This occurs due to the covalent bonding of large-sized chemical carcinogens and its main source is heavy cigarette smoking. Few examples of this type are aristolactam I-dA adduct, benzo[a]pyrene diol epoxide-dG adduct, etc.

Hydrolysis of bases - Examples of this are depyrimidination, deamination, and depurination.

Mismatch of bases - This happens because of DNA replication errors where a wrong DNA base gets stitched into a place in a newly forming DNA strand. It could also occur when a DNA base is either skipped or inserted by mistake.

Damages Due to Exogenous Sources

Some examples of DNA damages due to exogenous sources are:

Crosslinking of adjacent thymine and cytokines bases due to UV-B light rays. This results in pyrimidine dimers and is called direct DNA damage.

Free radicals get created by UV-A light. This type of damage is called indirect DNA damage.

Cosmic rays or radioactive decay can cause ionization radiation which can break DNA strands.

An increase in the rate of depurination (this is loss of purine bases from the backbone of DNA) can occur due to thermal disruption at high temperatures. It also causes single-strand breaks.

[Image will be Uploaded Soon]

What is DNA Repair and its Significance?

The cells within an organism need to have the ability to maintain and conserve their DNA sequence for the survival of the cell and the normal functioning of the organism. DNA repair is how a cell gives a corrective response to DNA damage and alternations. Organisms depend on the genetic information in DNA to survive and reproduce which makes it crucial to maintain the integrity of DNA molecules. In the event that DNA damage can not be repaired, the following major issues might happen:

It affects the function and survival of somatic cells.

Fertility in reproductive cells can get adversely affected.

Can cause gene mutation which could later develop into tumour cells.

DNA damage repair in most cases can restore the structure of DNA but at times it might not be able to eliminate the DNA damage yet allowing the cells to tolerate the damage and survive. The only biological macromolecule that can be repaired in the cell is DNA. Through DNA repair, the genetic stability of species is guaranteed which is very crucial for reducing incidents of defect repair.


Aging neurons prioritize essential genes when repairing DNA

Rather than repairing DNA damage randomly across the genome, neurons appear to focus on mending sections that have genes key to their identity and function, according to a study supported in part by NIA. The findings, which were published in علم, provide a basis for understanding age-related degeneration of the nervous system, and may lead to new strategies for treating diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s. The research was led by scientists at the Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, California.

Unlike other cell types, neurons generally cannot be regenerated, so we carry the ones generated in early development throughout our lives. Neurons’ longevity makes it especially important that they continually repair damage to their genome, which holds the genetic instructions they need to function. DNA is damaged through normal cellular wear and tear, and while cells possess the ability to make repairs, that ability does not function as well with increasing age. Research has shown that a decline in DNA maintenance in neurons is linked to a decrease in their function, which may contribute to age-related neurodegenerative diseases.

To learn more about how neurons maintain their DNA, the study’s authors developed a technique they called Repair-seq, which enables them to locate areas in the neuronal genome undergoing repair. Using the new method, they found that neurons concentrate their efforts on specific sections or “hot spots,” rather than fixing errors randomly across the genome. There were roughly 61,000 hot spots, covering about 1.6% of the genome.

When they examined the DNA in the hot spots, they found that it contains a number of genes critical to neurons’ identity and function. They also examined the proteins associated with hot spots and discovered that some showed changes similar to those seen in Alzheimer’s disease. This suggests that impaired DNA repair may contribute to the onset or progression of Alzheimer’s, according to the authors.

By suggesting that neurons respond to age-related deterioration in their DNA repair capacity by prioritizing the maintenance of key genes, the findings provide a new perspective on age-related diseases, and might lead to novel DNA repair-based therapeutic approaches. In addition, Repair-seq offers a powerful new tool for exploring the role of DNA repair in other cell types in various disease states or during the aging process.

This research was supported in part by NIA grants R01-AG056306 and R01-AG056511.

These activities relate to NIH’s AD+ADRD Research Implementation Milestone 2.C, “Create research programs on epigenetics to understand how genetic and environmental factors interact across the lifespan to influence brain aging and risk for disease and to identify potential targets for treatment and prevention.”


إصلاح الحمض النووي

إصلاح الحمض النووي
The removal of damaged segments, e.g. pyrimidine dimers, from one strand of double-stranded DNA and its correct resynthesis.
العودة إلى صفحة البحث.

إصلاح الحمض النووي theory[edit]
Crossing over and إصلاح الحمض النووي are very similar processes, which utilize many of the same protein complexes.[3][5][6] While the formation of chiasma is unique to chromosomal cross over, the use of recombinases and primases to lay a foundation of nucleotides along the DNA sequenece.

إصلاح الحمض النووي
Most of the time, mutation is reversed. إصلاح الحمض النووي machines are constantly at work in our cells, fixing mismatched nucleotides and splicing broken DNA strands back together. Yet some DNA changes remain.

DNA polymerase can make mistakes while adding nucleotides. It edits the DNA by proofreading every newly added base. Incorrect bases are removed and replaced by the correct base, and then polymerization continues (Figure 9.13 a).

and complementation
As discussed in the earlier part of this article, sexual reproduction is conventionally explained as an adaptation for producing genetic variation through allelic recombination.

genes Genes encoding proteins that can correct errors in DNA sequences.
DNA vector A virus, plasmid, or other vehicle, used to introduce DNA into a cell.
DNP 2,4-dinitrophenol.

: Restoration of the correct nucleotide sequence of a DNA molecule that has acquired a mutation or modification. It includes proofreading by DNA polymerase (see helicase).

ing System
20. One characteristic of DNA molecules is their replication capability. What are the consequences of failures during DNA replication?
.

and maintenance of chromosome structure. Environmental factors, such asionizing radiation, UV light, and chemicals, can damage DNA. Errors in DNA replication can also lead to mutations.

: Fixing Double-Strand Breaks
Examples of Transcription Regulation in Eukaryotes
Parts of a Chromosome & Their Roles .

diseases are hereditary, because of mutations. There's a difference between DNA damage and mutation. DNA damage is a physical abnormality in the DNA which can be recognized by enzymes. For example single or double strand breaks.

template can be included in the CRISPR/Cas9 system which allows for this DNA sequence to be incorporated at the desired location. The repair template extends beyond the location of the cleaved section of DNA.

processes during cell division. This is because a dividing cell does not recognize the difference between damaged DNA stands and telomeres. Repairing DNA during mitosis could cause telomere fusion, which may result in cell death or chromosome abnormalities.

الجينات
Genes encoding proteins that correct errors in DNA sequencing. (ORNL)
تكرار الحمض النووي
The use of existing DNA as a template for the synthesis of new DNA strands. In humans and other eukaryotes, replication occurs in the cell nucleus. (ORNL)
DNA sequence .

The causal effects linking genetic alterations and the phenotypic state trajectories of cancer cells are enacted within the TME context and channeled through operational deviations from homeostasis of growth, proliferation, autophagy, angiogenesis, apoptosis, survival, focal adhesion, cell cycle,

Due to the damaging effects that mutations can have on cells, organisms have evolved mechanisms such as

process which occurs after DNA replication.
Post-transcriptional regulation
Regulation of gene expression after the gene has been transcribed into mRNA. For example, by regulation of translation, regulation of protein activity, or regulation of protein turnover.

Due to DNA replication and

mechanisms, mutation rates of individual genes are low, but since each organism has many genes, and a population has many individuals, new mutations arise in populations all the time. Thus, mutations are relatively common, and the mutation rate is an adequate source of new alleles.

The new drug works to restore the activity of hSSB1, preventing the

process from being shut down in the first place.

(TP53) A multifunctional protein Mr 53 kDa regulating cell cycle arrest, apoptosis, senescence,

النظام. Recognizes and removes mutations that result from base-pairing that is not complementary.
Okazaki fragment - Short stretches of newly synthesized DNA found on the lagging strand during DNA replication.

Errors can occur during DNA replication,

, or DNA recombination.
These can lead to base-pair substitutions, insertions, or deletions, as well as mutations affecting longer stretches of DNA.
These are called spontaneous mutations.

In addition to its AP endonuclease activity, it exhibits other

. In contrast, Nfo (an AP endonuclease) generates 16 and 21mer fragments .
المادة كاملة .

A disease (loss of muscle control, and reddening of the skin) in human beings caused by a defect in

mechanisms induced by ionising radiation (X-rays, beta and alpha particles, gamma rays).

DNA ligase - protein that joins (ligates) DNA strands used by cells for

Chimeraplasty A technique of gene therapy dependent on construction of a DNA:RNA oligonucleotide hybrid that once introduced into a cell relies upon

mechanisms to introduce a (corrective) change in the targeted gene.

. Linkage -- the greater association in inheritance of two or more nonallelic genes than is to be expected from independent assortment genes are linked because they reside on the same chromosome.


إصلاح الحمض النووي

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

إصلاح الحمض النووي، أي من الآليات العديدة التي تحافظ الخلية من خلالها على سلامة شفرتها الجينية. يضمن إصلاح الحمض النووي بقاء النوع من خلال تمكين الأبوين من توريثه بأمانة قدر الإمكان عن طريق الأبناء. كما أنه يحافظ على صحة الفرد. يمكن أن تؤدي الطفرات في الشفرة الجينية إلى الإصابة بالسرطان وأمراض وراثية أخرى.

يتطلب تكرار الحمض النووي الناجح أن تتزاوج قاعدتا البيورين ، الأدينين (A) والجوانين (G) ، مع نظيراتهما من البيريميدين ، الثايمين (T) والسيتوزين (C). ومع ذلك ، يمكن أن تمنع أنواع مختلفة من الضرر الاقتران الصحيح للقاعدة ، من بينها الطفرات التلقائية ، وأخطاء النسخ المتماثل ، والتعديل الكيميائي. تحدث الطفرات العفوية عندما تتفاعل قواعد الحمض النووي مع بيئتها ، كما هو الحال عندما يتحلل الماء قاعدة ويغير هيكلها ، مما يتسبب في الاقتران بقاعدة غير صحيحة. يتم تقليل أخطاء النسخ إلى الحد الأدنى عندما تقوم آلية نسخ الحمض النووي "بمراجعة" التوليف الخاص بها ، ولكن في بعض الأحيان تفلت أزواج القواعد غير المتطابقة من التدقيق اللغوي. العوامل الكيميائية تعدل القواعد وتتداخل مع تكرار الحمض النووي. يمكن أن يسبب النتروزامين ، الموجود في منتجات مثل البيرة والأطعمة المخللة ، ألكلة الحمض النووي (إضافة مجموعة ألكيل). العوامل المؤكسدة والإشعاعات المؤينة تخلق الجذور الحرة في الخلية التي تؤكسد القواعد ، وخاصة الجوانين. يمكن أن تؤدي الأشعة فوق البنفسجية (UV) إلى إنتاج الجذور الحرة الضارة ويمكن أن تندمج البيريميدينات المجاورة ، مما ينتج عنه ثنائيات بيريميدين التي تمنع تكاثر الحمض النووي. يمكن أيضًا للإشعاع المؤين وبعض الأدوية ، مثل عامل العلاج الكيميائي البليوميسين ، منع التكاثر ، عن طريق إنشاء فواصل مزدوجة في الحمض النووي. (يمكن لهذه العوامل أيضًا إنشاء فواصل أحادية الخيط ، على الرغم من أن هذا النوع من الضرر غالبًا ما يكون من الأسهل على الخلايا التغلب عليه.) ​​يمكن أن تتسبب النظائر الأساسية والعوامل المقحمة في عمليات إدخال وحذف غير طبيعية في التسلسل.

هناك ثلاثة أنواع من آليات الإصلاح: الانعكاس المباشر للضرر وإصلاح الختان وإصلاح ما بعد النسخ المتماثل. إصلاح الانعكاس المباشر خاص بالضرر. على سبيل المثال ، في عملية تسمى التنشيط الضوئي ، يتم فصل قواعد بيريميدين المنصهرة بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية عن طريق إنزيم DNA photolyase (إنزيم يحركه الضوء). من أجل الانعكاس المباشر لأحداث الألكلة ، يكتشف DNA methyltransferase أو DNA glycosylase ويزيل مجموعة الألكيل. يمكن أن يكون إصلاح الختان محددًا أو غير محدد. في إصلاح استئصال القاعدة ، تحدد جليكوزيلات الحمض النووي على وجه التحديد القاعدة غير المتطابقة وتزيلها. في إصلاح ختان النوكليوتيدات ، تتعرف آلية الإصلاح على مجموعة واسعة من التشوهات في الحلزون المزدوج الناتج عن القواعد غير المتطابقة في هذا الشكل من الإصلاح ، ويتم استئصال المنطقة المشوهة بأكملها. يحدث إصلاح ما بعد النسخ المتماثل في اتجاه مجرى الآفة ، لأنه يتم حظر النسخ المتماثل في الموقع الفعلي للضرر. من أجل حدوث النسخ المتماثل ، يتم تصنيع أجزاء قصيرة من الحمض النووي تسمى شظايا أوكازاكي. يتم ملء الفجوة المتبقية في الموقع التالف من خلال إصلاح إعادة التركيب ، والذي يستخدم التسلسل من كروموسوم شقيق غير تالف لإصلاح الكروموسوم التالف ، أو من خلال الإصلاح المعرض للخطأ ، والذي يستخدم الشريط التالف كقالب تسلسلي. يميل الإصلاح المعرض للخطأ إلى أن يكون غير دقيق وخاضع للطفرة.

في كثير من الأحيان عندما يتلف الحمض النووي ، تختار الخلية أن تتكاثر فوق الآفة بدلاً من انتظار الإصلاح (توليف الترانزستور). على الرغم من أن هذا قد يؤدي إلى حدوث طفرات ، إلا أنه من الأفضل التوقف التام في تكرار الحمض النووي ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. من ناحية أخرى ، يتم إبراز أهمية الإصلاح المناسب للحمض النووي عندما يفشل الإصلاح. تؤدي أكسدة الجوانين بواسطة الجذور الحرة إلى تحويل G-T ، وهو أحد أكثر الطفرات شيوعًا في سرطان الإنسان.

ينتج سرطان القولون والمستقيم الوراثي غير السلائلي عن طفرة في بروتينات MSH2 و MLH1 ، والتي تعمل على إصلاح عدم التطابق أثناء النسخ المتماثل. جفاف الجلد المصطبغ (XP) هو حالة أخرى ناتجة عن فشل إصلاح الحمض النووي. المرضى الذين يعانون من XP حساسون للغاية للضوء ، ويظهرون شيخوخة الجلد المبكرة ، وهم عرضة لأورام الجلد الخبيثة لأن بروتينات XP ، التي يتوسط العديد منها إصلاح استئصال النوكليوتيدات ، لم تعد تعمل.


شاهد الفيديو: شرح إصلاح عيوب DNA بالانيميشن أحياء للصف الثالث الثانوي (أغسطس 2022).