Kako lahko poškodujemo DNA? - Razlika Med

Kako lahko poškodujemo DNA?

Celična DNA je podvržena poškodbam z zunanjimi in endogenimi procesi. Na splošno lahko človeški genom preživi na milijone škod na dan. Spremembe v genomu povzročajo napake v izražanju genov, pri čemer proizvajajo beljakovine z spremenjenimi strukturami. Beljakovine igrajo pomembno vlogo v celici z vključevanjem v celične funkcije in celično signalizacijo. Zato lahko poškodbe DNA povzročijo nefunkcionalne beljakovine, ki na koncu vodijo do raka. Poleg tega lahko spremembe v genomu preidejo na naslednjo generacijo celic in postanejo trajne spremembe, znane kot mutacije. Zato je ključnega pomena, da se popravijo poškodbe DNK in v ta proces so vključeni številni celični mehanizmi. Nekateri od teh mehanizmov za popravilo vključujejo popravilo osnove ekscize, popravilo nukleotidne ekscizije in popravilo z dvojnim lomom.

Pokrita ključna območja

1. Kaj so poškodbe DNK
- Definicija, vzroki, vrste
2. Kako lahko poškodujemo DNA?
- Mehanizmi za popravilo poškodb
3. Kaj se zgodi, če poškodbe DNA niso popravljene
- Celični odzivi na poškodovano celično DNA

Ključni pojmi: Neposredna razveljavitev baz, poškodba DNK, popravilo poškodb z dvojnim trakom, endogeni dejavniki, eksogeni dejavniki, popravilo škode na eni vrsti


Kaj so poškodbe DNK

Poškodbe DNK so spremembe kemijske strukture DNA, vključno z manjkajočo osnovo iz hrbtenice DNA, kemično spremenjenih baz ali dvojnih verig. Okoljski razlogi (eksogeni dejavniki) in celični viri, kot so notranji presnovni procesi (endogeni dejavniki), povzročajo poškodbe DNK. Zlomljena DNA je prikazana v slika 1.


Slika 1: Zlomljena DNA

Vzroki: eksogeni dejavniki

Eksogeni dejavniki so lahko fizikalni ali kemični mutageni. Fizične mutagene so predvsem UV sevanje, ki ustvarja proste radikale. Prosti radikali povzročajo prelome z enojnimi in dvo-verižnimi. Kemični mutageni, kot so alkilne skupine in dušikove gorčične spojine, se kovalentno vežejo na baze DNA.

Vzroki: endogeni dejavniki

Biokemične reakcije celice lahko delno ali popolnoma prebavijo baze v DNA. Nekatere biokemične reakcije, ki spreminjajo kemijsko strukturo DNA, so opisane spodaj.

  • Depurinacija - Depurinacija je spontana razgradnja purinskih baz iz verige DNA.
  • Depirimidacija - Depirimidacija je spontana razgradnja pirimidinskih baz iz verige DNA.
  • Deaminacija - Deaminacija se nanaša na izgubo aminskih skupin iz adeninskih, gvaninskih in citozinskih baz.
  • Metilacija DNA - metilacija DNA je dodajanje alkilne skupine citozinski bazi v CpG mestih. (Citozinu sledi gvanin).

Kako lahko poškodujemo DNA?

Pri popravilu poškodb DNA sodelujejo različni tipi celičnih mehanizmov. Mehanizmi za popravilo poškodb DNK se pojavljajo v treh ravneh; neposredno obračanje, popravilo škode na eni vrsti in popravilo poškodb z dvojnim pramenom.

Neposredna razveljavitev

Med neposrednim obratom poškodb DNA je večina sprememb baznih parov kemično obrnjena. V nadaljevanju so opisani nekateri neposredni mehanizmi za obračanje.

  1. Fotoreaktivacija - UV povzroči nastanek pirimidinskih dimerjev med sosednjimi pirimidinskimi bazami. Fotoreaktivacija je neposredna sprememba pirimidinskih dimerjev z delovanjem fotolize. Pirimidinski dimeri so prikazani v slika 2.


Slika 2: Pirimidinski dimeri

  1. MGMT - Alkilne skupine odstranimo iz baz z metilguanin-metiltransferazo (MGMT).

Popravilo poškodbe na enojni trak

Popravilo poškodbe ene verige je vključeno v popravilo poškodb v eni izmed verig DNK v dvojni verigi DNA. Popravilo bazične ekscizije in popravilo nukleotidnih ekscizij sta dva mehanizma, ki sodelujeta pri popravilu poškodb z enim pramenom.

  1. Popravilo bazne ekscizije (BER) - Pri popravilu ekscizije v bazah se odcepijo posamezne nukleotidne spremembe iz DNK verige z glikozilazo in DNA polimeraza resintetizira pravilno bazo. Osnovno popravilo izrezovanja je prikazano na slika 3.


Slika 3: BER

  1. Nukleotidno ekscizijsko popravilo (NER) - Popravilo ekscize nukleotidov je vključeno v popravilo popačenj v DNA, kot so pirimidinski dimeri. 12-24 baz odstranimo iz mesta poškodb z endonukleazami in DNA polimeraza resintetizira pravilne nukleotide.

Popravilo poškodb z dvojnim trakom

Dvakratne poškodbe lahko povzročijo preureditev kromosomov. Nehomologno končno spajanje (NHEJ) in homologna rekombinacija sta dve vrsti mehanizmov, vključenih v popravilo poškodb z dvojnimi verigami. Mehanizmi za popravilo poškodb z dvojnimi verigami so prikazani na sliki slika 4.


Slika 4: NHEJ in HR

  1. Nehomologno končno spajanje (NHEJ) - DNA ligaza IV in kofaktor, znan kot XRCC4, držita dva konca lomljenega pramena in se ponovno pridružita koncem. NHEJ se zanaša na majhne homologne sekvence za odkrivanje združljivih koncev med ponovnim združevanjem.
  2. Homologna rekombinacija (HR) - Homologna rekombinacija uporablja enake ali skoraj identične regije kot predlogo za popravilo. Zato se zaporedja v homolognih kromosomih uporabljajo pri tem popravilu.

Kaj se zgodi, če poškodbe DNA niso popravljene

Če celice izgubijo sposobnost za odpravo poškodb DNA, se lahko v celicah pojavijo tri vrste celičnih odzivov s poškodovano celično DNA.

  1. Staranje ali biološko staranje - postopno poslabšanje funkcij celic
  2. Apoptoza - poškodbe DNA lahko sprožijo celične kaskade apoptoze
  3. Malignost - razvoj nesmrtnih značilnosti, kot je nekontrolirana proliferacija celic, ki vodi do raka.

Zaključek

Tako eksogeni kot endogeni dejavniki povzročajo poškodbe DNK, ki jih zlahka popravijo celični mehanizmi. V popravilo poškodb DNA sodelujejo tri vrste celičnih mehanizmov. To so neposredni preobrat baz, popravilo poškodb na eni vrsti in popravilo dvojnih poškodb.

Vljudnost slike:

1. „Brokechromo“