Αντιγραφή, διόρθωση και ανασυνδυασμός του DNA. Πιστή αντιγραφή είναι απαραίτητη για την αποθήκευση των γενετικών πληροφοριών.

Transcript

1 Αντιγραφή, διόρθωση και ανασυνδυασμός του DNA Πιστή αντιγραφή είναι απαραίτητη για την αποθήκευση των γενετικών πληροφοριών.

2 Περίγραμμα Η αντιγραφή προχωρεί μεσω πολυμερισμού dntp και ενος εκμαγείου Η εκτύλιξη και η υπερσυσπείρωση του DNA ελέγχονται απο τοποισομεράσες Η αντιγραφή είναι συντονισμένηδιαδικασία Βλάβες του DNA μπορούν να επιδιορθωθούν Ο ανασυνδυασμός του DNAδιαδραματίζει σημαντικόρόλο

3 Νουκλεικά οξέα Νουκλεϊκά οξέα είναι μακρά, γραμμικά πολυμερή κατασκευασμένα από τέσσερις τύπους μονομερών. Κάθε μονομερές αποτελείται από ένα σάκχαρο, ένα φωσφορικό και μία βάση. Η αλληλουχία των βάσεων είναι το περιεχόμενο των πληροφοριών του νουκλεϊκού οξέος.

4 Σύνθεση DNA DNA, η γενετική πληροφορία που μεταφέρεται από τη μια γενιά στην επόμενη, αποτελείται από τέσσερα νουκλεοτίδια με τις βάσεις A, G, C, και T. DNA σχηματίζει διπλη έλικα δύο χωριστών κλώνων με συμπληρωματικές αλληλουχίες. Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, οι δύο κλώνοι πρεπει να διαχωριστούν, με τον καθένα να είναι εκμαγείο για τον νέο κλώνο Το DNA μπορεί να καταστραφεί από μια σειρά περιβαλλοντικών παραγόντων. Συνεπώς, απαιτούνται μηχανισμοί επισκευής DNA για την επισκευή του κατεστραμμένου DNA. Το βακτήριο Deinococcus radiodurans έχει ιδιαίτερα ισχυρούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης DNA και μπορεί να αντέξει τις δόσεις γ- ακτινοβολίας περισσότερες από 1000 φορές μεγαλύτερες από εκείνες που θα σκότωνε έναν άνθρωπο.

5 Σύνθεση DNA

6 Επισκευή DNA σε δράση Deinococcus radiodurans

7 Σύνθεση DNA Προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν κατά την σύνθεση του DNA: Η σύνθεση DNA προχωρά στην κατεύθυνση 5 προς 3, αλλά οι δύο κλώνοι της έλικας έχουν αντίθετη κατεύθυνση. Οι δύο κλώνοι της έλικας πρέπει να διαχωριστούν ώστε η μηχανή της αντιγραφής για να εχει πρόσβαση στην ακολουθία των νουκλεοτιδίων. Ο διαχωρισμός των κλώνων δημιουργεί υπερσπειρώσεις που πρέπει να επιλυθούν για να συνεχιστεί η σύνθεση.

8 Σύνθεση DNA Οι DΝΑ πολυμεράσες καταλύουν την κατευθυνόμενη από το εκμαγείο σύνθεση του DΝΑ. Οι DΝΑ πολυμεράσες δεν μπορούν να ξεκινήσουν μια αλυσίδα de novo, χρειάζονται έναν εκκινιτή (RNA) Οι δομές των πολυμεράσεων DΝΑ είναι παρόμοιες στην περιοχή που περιέχει το ενεργό κέντρο προσεγγίζει (σχήμα δεξιάς παλάμης) Ο τομέας του αντίχειρα και των δακτύλων τυλίγεται γύρω από το DNA, τοποθετώντας το στο ενεργό κέντρο που βρίσκεται στην περιοχή της παλάμης Η DΝΑ πολυμεράση Ι από Ε. Coli έχει δραστικότητα εξωνουκλεάσης >5 για διόρθωση της αντιγραφής

9 Η αντιγραφή του DNA γινεται απο πολυμεράσες

10 Μηχανισμός της DNA πολυμεράσης Ο καταλυτικός μηχανισμός περιλαμβάνει δύο ιόντα Mg 2+ Ένα βοηθά στον προσανατολισμό του εισερχόμενου νουκλεοτιδίου με τον εκκινητή και το άλλο σταθεροποιεί τα αρνητικά φορτία του πυροφωσφορικού προϊόντος. Και τα δύοιόντα σταθεροποιούν τηδομή της μεταβατικής κατάστασης H 3'-OH θα λειτουργήσει ως ένα πυρηνόφιλο Τρία κατάλοιπα Asp, δύο από τα οποία είναι εξαιρετικά διατηρημένα σε όλες τις DNA πολυμεράσες.

11 Εξειδίκευση Η εξειδίκευση της αντιγραφής καθορίζεται 1. από τους σωστούς δεσμούς υδρογόνου μεταξύ του εισερχόμενου dntp και του εκμαγείο του DNA 2. από το συνολικό σχήμα της εισερχόμενης βάσης. Τα αμινοξέα του ενζύμου σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με τα ζευγη βάσεων της μικρής αύλακας του DNA. Η δέσμευση του εισερχόμενου dntp επάγει μία δομική αλλαγή κατά την οποία το οι «δακτύλιοι» κλείνουν πάνω από το νουκλεοτίδιο, σχηματίζοντας ένα θύλακα στο οποίο προσαρμόζεται μόνο το σωστό νουκλεοτίδιο.

12 Εξειδίκευση

13 Εξειδίκευση Α-Τ Οι DΝΑ πολυμεράσες δημιουργούν δύο δεσμούς υδρογόνου σε ζεύγη βάσεων στη μικρή αυλάκα. Οι δέκτες υδρογόνου υπάρχουν σε αυτές τις δύο θέσεις για όλα τα ζεύγη βάσεων Watson-Crick

14 Επιλεκτικότητα μεγέθους Η εξειδίκευση της αντιγραφής καθορίζεται από το συνολικό σχήμα της εισερχόμενης βάσης.

15 Αντιγραφή DNA Η αντίδραση που καταλύεται από την DNA πολυμεράση είναι: Βασικά χαρακτηριστικά της σύνθεσης του DNA είναι: Οι τέσσερεις τριφωσφορικοι δεοξυνουκλεοζίτες και Mg 2+. Ένας κλώνος πρότυπο χρησιμοποιείται για να κατευθύνει τη σύνθεση του DNA. Ένας εκκινητής από τον οποίο ο νέος κλώνος αναπτύσσεται

16 Αντιγραφή DNA Ένας ειδικός τύπος RNA πολυμεράση (εκκινητάση) συνθέτει έναν σύντομο κλώνο RNA ( 5 νουκλεοτίδια) συμπληρωματικό σε έναν κλώνο DNA που στη συνέχεια χρησιμεύει ως εκκινητής για τη σύνθεση DNA. Η DNA πολυμεράση Ι, χρησιμοποιώντας μια τρίτη ενζυμική δραστικότητα, εξωνουκλεάσης 5 --->3, στη συνέχεια αφαιρεί τους εκκινητές και αντικαθιστά το RNA με DNA.

17 Επιμήκυνση αλυσίδας

18 Αντιγραφή του DNA Η θέση σύνθεσης ονομάζεται διχάλα αντιγραφής και κινείται προς τη μία κατεύθυνση, αποδεικνύοντας ότι και οι δυο κλώνοι αντιγράφονται ταυτόχρονα. Ολες οι DΝΑ πολυμεράσες συνθέτουν DΝΑ μόνο στην κατεύθυνση 5 à3. Στην διχάλα αντιγραφής, ένας κλώνος συντίθεται συνεχώς στην κατεύθυνση 5 à3 (προηγούμενος κλώνος). Ο άλλος κλώνος (καθυστερών κλώνος) συντίθεται ως μικρά τεμάχια που ονομάζονται θραύσματα Okazaki στην κατεύθυνση 5 à3. Η ασυνεχής σύνθεση επιτρέπει την κίνηση της διχάλας αντιγραφής στην κατεύθυνση 3 à5, ενώ τα θραύσματα γίνονται στην κατεύθυνση 5 à3.

19 Προηγούμενος και καθυστερών κλώνος

20 Αντιγραφή του DNA Η DΝΑ λιγάση καταλύει την ένωση ενός θραύσματος DΝΑ με μια ελεύθερη 3-OH στην φωσφορυλιωμένη 5-OH ομαδα, σε μία αντίδραση που απαιτεί ενέργεια, συνήθως ΑΤΡ. Τα βακτήρια χρησιμοποιούν NAD + ως πηγή ενέργειας.

21 Αντιγραφή DNA Ελικάσεις διαχωριζουν μεσω υδρόλυσης ΑΤΡ, τους κλώνους της διπλής έλικας για να κάνει το DNA διαθέσιμο για την DNA πολυμεράση. Η ελικάση, το οποίο αποτελείται από μια δομή δακτυλίου και αποτελείται από έξι υπομονάδες, δρα ως σφήνα για να διαχωρίσει τους κλώνους Ελαττώματα στη ελικάση μπορείνα οδηγήσειστο σύνδρομο Werner Παθολογική κατάσταση που χαρακτηρίζεται από την πρόωρη γήρανση.

22 Σύνδρομο Werner

23 Μηχανισμός

24 Υπερσυσπείρωση του DNA Προκειμένου να χωρέσει μέσα σε ένα κύτταρο, το μόριο του DNA πρέπει να γινει συμπαγές. Στο Ε. Coli, η διπλή έλικα του DNA είναι ένα κυκλικό μόριο που γίνεται συμπλαγές με τη διαδικασία της υπερσυσπειρώσεις. Το χαλαρό κυκλικό DNA και το υπερσυσπειρωμένο είναι τοπολογικά ισομερή μεταξύ τους.

25 Τοποισομεράσεις Τοποϊσομεράσεις είναι ένζυμα που επάγουν ή εξαλείφουν υπερσπειρώσεις. Οι τοποϊσομεράσες τύπου Ι χαλαρώνουν τις υπερσυσπείρωσεις, μια θερμοδυναμικα ευνοϊκή αντίδραση, ενώ οι τοποϊσομεράσες τύπου II, όπως η DNA γυράση σε Ε. Coli, εισάγουν υπερσυσπειρώσεις με χρήση ΑΤΡ. Οι τοποϊσομεράσες αλλάζουν τον αριθμό σύνδεσων σε μια αντίδραση τριών βημάτων: 1. Διάσπαση ενός (τύπου Ι) ή και των δύο (Τύπου II) κλώνων του DNA. 2. Μετάβαση τμήματος DNA μέσω του διάσπασμένου DNA. 3. Επανασύνδεση του DNA.

26 Τοποισομεράση Ι Τοποισομεράση Ι-Χαλάρωση Οι τοποϊσομεράσες τύπου Ι διασπούν έναν κλώνο DNA, με τον σχηματισμό ενός ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ ενός υπολείμματος τυροσίνηςκαι της φωσφορικής ομάδας του DNA στη θέση διάσπασης. Ο αποκομμένος κλώνος περιστρέφεται γύρω από τον υπόλοιπο κλώνο, ξετυλίγοντας το DNA με ελεγχόμενο τρόπο. Επανασύνδεση του DNA.

27 Τοποισομεράση Ι

28 Τοποισομεράση ΙΙ Η τοποϊσομεράση II εισάγει αρνητικές υπερσυσπειρώσεις με μια σειρά βημάτων. Το ένζυμο συνδέει σε μια περιοχή DNA, που ονομάζεται τμήμα G. Το ΑΤΡ δεσμεύεται στο ένζυμο, με αποτέλεσμα τη διάσπαση του τμήματος G και τη σύνδεση μιας άλλης έκτασης DNA που ονομάζεται τμήμα Τ. Το τμήμα Τ μετακινείται διαμέσου του διασπασμένου τμήματος G, εισάγοντας μια αρνητική υπερσυσπείρωση (μειώνοντας το Lk κατά 2). Επανασύνδεση του τμήματος G Η υδρόλυση ΑΤΡ επαναφέρει το ένζυμο με το τμήμα G ακόμη δεσμευμένο.

29 Τοποισομεράση ΙΙ

30 Η καμπτοθηκίνη, ένας αντικαρκινικός παράγοντας, αναστέλλει την ανθρώπινη τοποϊσομεράση σταθεροποιώντας τη μορφή του ενζύμου που συνδέεται με το DNA. Αναστολείς Το ναλιδιξικό οξύ και η σιπροφλοξασίνη είναι αναστολείς της γυράσης του DNA που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων. Η σιπροφλοξασίνη αποτρέπει τη δηλητηρίαση από τον άνθρακα. Καμποθηκίνη

31 Πολυμεράσεις του DNA σε Ε. coli Ο σύνθεση του DNA είναι γρήγορη. Το γονιδίωμα Ε. Coli, που αποτελείται από 4,6 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων, αντιγράφεται σε <40 min, με ρυθμό 2000 b/sec.

32 DNA πολυμεράση III

33 Ολοένζυμο της DNA ΙΙΙ πολυμεράσης

34 Αντιγραφή του DNA Τα ένζυμα αντιγραφής εμφανίζουν μεγάλη καταλυτική ισχύ, πιστότητα και επεξεργαστικότητα. Η DNA πολυμεράση III εχει μεγάλη επεξεργαστικότητα, μόλις ξεκινήσει η κατάλυση, σπάνια απελευθερώνει το υπόστρωμα. Η πηγή της επεξεργαστικότητας είναι ο ολισθένων σφιγκτήρας (β2 υπομονάδα) Ο ολισθένων σφιγκτήρας προσδένεται στο DNA από μια πρωτεΐνη που ονομάζεται φορτωτής σφιγκτήρα, ο οποίος χρησιμοποιεί την ενέργεια της υδρόλυσης ΑΤΡ για να ανοίξει και να κλείσει τον σφιγκτήρα.

35 Ο κλώνος του καθυστερούντος κλώνου δημιουργεί ένα βρόχος που διέρχεται μέσω της ενεργού κέντρου της πολυμεράσης στην κατεύθυνση 3à5, επιτρέποντας την σύνθεση να λάβει χώρα στην κατεύθυνση 5à3. Συνθεση 1000 νουκλεοτιδίων, ο βρόχος απελευθερώνεται και σχηματίζεται ένας νέος βρόχος (μοντέλο τρομπονιού) Η DΝΑ πολυμεράση Ι απομακρύνει τον RNA και αντικαθιστά την αλληλουχία με DNA. Η λιγάση ενώνει τα θραύσματα για να δώσει ένα άθικτο κλώνο. Mοντέλο τρομπονιού

36 Η αντιγραφή του DNA είναι ιδιαίτερα συντονισμένη Αντιγραφή στο Ε. coli ξεκινά σε μια μοναδική θέση 245 ζευγών βάσεων που ονομάζεται σημείο oric. 1. H DnaA πρωτεΐνη προσδένεται σε διακριτές θέσεις (σημείο oric) 2. H DnaA χρειάζεται την DnaB, μια ελικάση που χρησιμοποιεί υδρόλυση ΑΤΡ για να χαλαρώσει το σημείο έναρξης. Η DnaB προσδένεται με την βοήθεια της DnaC. Πρωτείνες δέσμευσης μονόκλωνου DNA (SSB) συνδέονται σε ΑΤ-πλούσιες περιοχές του σημείου oric. Σύμπλοκο προέναρξης 3 Η DNA πολυμεραση ΙΙΙ προσδένεται στο σύμπλοκο προέναρξης.

37 Η αντιγραφή του DNA είναι ιδιαίτερα συντονισμένη

38 Η αντιγραφή του DNA είναι ιδιαίτερα συντονισμένη

39 Ευκαρυωτικό DNA Ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν πολύ περισσότερο DNA από τα βακτήρια, γραμμικο σε πολλαπλά χρωμοσώματα.

40 Αντιγραφή του DNA στους ευκαρυωτικούς Πολλαπλά σημεία έναρξης ORC (μονάδα αντιγραφής η ρεπλικόνιο). Οι άνθρωποι έχουν θέσης έναρξης. Η έναρξη από το ORC μπορεί να παρατηρηθεί χρησιμοποιώντας τεχνικές ενός μορίου. Οι πρωτεΐνες που ονομάζονται παράγοντες αδειοδότησης επιτρέπουν μόνο μία αντιγραφή ανά ρεπλικόνιο ανά γύρο σύνθεσης DNA.

41 Αντιγραφή του DNA στους ευκαρυωτικούς DNA πολυμεράση α (δεν έχει 3'-δραστικότητα εξωνουκλεάσης), εκκινεί την αντιγραφή του DNA στα ευκαρυωτικά κύτταρα, δημιουργώντας ένα μόριο DNA 20 dntp σε μήκος. δ πολυμεράση DNA, ενα πιο επεξεργαστικό ένζυμο, επεκτείνει τις αλυσίδες. Η μετάβαση από την πολυμεράση α έως δ ονομάζεται εναλλαγή πολυμεράσης. DNA πολυμεράση ε (πυρήνας) DNA πολυμεράση γ (μιτοχόνδρια) DNA πολυμεράση β (διόρθωση)

42 Αντιγραφή του DNA στους ευκαρυωτικούς

43 Τελομερή Τα ελεύθερα άκρα των γραμμικών μορίων DNA παρουσιάζουν δύο βιοχημικές δυσκολίες. Είναι ευαίσθητα σε βλάβες από νουκλεάσες. Λόγω της φύσης της σύνθεσης του DNA, ένας κλώνος θα μειώνεται μετά από κάθε γύρο σύνθεσης του DNA. Τα άκρα των χρωμοσωμάτων ονομάζονται τελομερή. Η μεγαλύτερη από τις δύο έλικες, η οποία αντιπροσωπεύει τον κλώνο εκμαγείο, είναι πλούσια σε γουανίνη που σχηματίσει μία δομή βρόχου για την προστασία του άκρου του χρωμοσώματος.

44 Τελομερή Η G πλούσια περιοχή των τελομερών μπορεί να διατηρηθεί από το ένζυμο τελομεράση. Η τελομεράση περιέχει ένα πρότυπο RNA που χρησιμοποιεί για να επεκτείνει τo σκέλος. Στην ταχέως διαιρούμενα κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των καρκινικών κυττάρων, τα τελομερή πρέπει να διατηρείται από την τελομεράση για να αποτρέψει μείωση της υστέρηση, η οποία θα οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο. Υψηλή δραστικότητα τελομεράσης είναι ένα χαρακτηριστικό των κυττάρων καρκίνου.

45 Τελομερή

46 Επιδιόρθωση και ανασυνδυασμός του DNA Η βλάβη του DNA είναι αναπόφευκτη και οφείλεται σε σφάλματα στην αντιγραφή ή περιβαλλοντικές προσβολές. Η βλάβη του DNA μπορεί να οδηγήσει σε κυτταρικό θάνατο ή ανεξέλεγκτη αναπαραγωγή, όπως όταν τα φυσιολογικά κύτταρα μετασχηματίζονται σεκαρκινικάκύτταρα.

47 Επιδιόρθωση και ανασυνδυασμός του DNA Η απλούστερη πηγή βλάβης του DNA είναι η ενσωμάτωση λάθος βάσεως κατά τη διάρκεια της αντιγραφής που διαφεύγει την διόρθωση της πολυμεράσης του DNA. Άλλα σφάλματα περιλαμβάνουν την εισαγωγή, διαγραφή ή διακοπές σε ένα ή και τα δύο σκέλη, που μπορεί να σταματήσει εντελώς τη σύνθεση του DNA. Ειδικές DΝΑ πολυμεράσες, που ονομάζονται επιρρεπείς σε σφάλματα πολυμεράσες, μπορούν να συνθέσουν την ολοκλήρωση της κατεστραμμένης αλληλουχίας. Υπάρχουν συστήματα επισκευής για την αναγνώριση και την επιδιόρθωση ζημιών στο DNA.

48 Οξειδωτική βλάβη Υδρόλυση Μη ελεγχόμενη μεθυλίωση Αλλαγές

49 Λάθη στην αντιγραφή του DNA Μεταλλαξιογόνα: χημικές ουσίες που αλλοιώνουν συγκεκριμένες βάσεις μετά την αντιγραφή Ρίζες υδροξυλίου οξειδώνουν γουανίνη σε 8-οξογουανίνη, η οποία δημιουργεί ζεύγη βάσεων με αδενίνη αντί της κυτοσίνης κατά τον επόμενο γύρο αντιγραφής. Αποαμινίωση: Αδενίνη μπορεί να απαμινωθεί, σχηματίζοντας υποξανθίνη, η οποία ζευγαρώνει με την κυτοσίνη αντί της θυμιδίνης.

50 Λάθη στο DNA Βάσεις μπορούν επίσης να αντιδράσουν με υδρογονάνθρακες σε μία αντίδραση αλκυλιώσεως. Αφλατοξίνη μετατρέπεται σε ένα ιδιαίτερα δραστικό εποξείδιο που αντιδρά με γουανίνη σχηματίζουν μια ένωση η οποία, κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, μετατρέπει ένα ζεύγος βάσεων GC σε ένα ζεύγος βάσεων ΑΤ. Χημικές ουσίες στον καπνό του τσιγάρου και καυσαέρια των αυτοκινήτων μπορούν να μετατραπούν σε δραστικά εποξείδια επίσης. Υψηλής ενέργειας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως ακτίνες-χ, μπορεί να προκαλέσει διάσπαση στους κλώνους του DNA.

51 Μαύρισμα Υπεριώδης ακτινοβολία αυξάνει τη χρώση του δέρματος αλλα προκαλεί και βλάβες στο DNA Συνδέει ομοιοπολικά γειτονικές πυριμιδίνες εμποδίζοντας έτσι την αντιγραφή.

52

53 Βλάβη στο DNA μπορεί να ανιχνευθεί και να επισκευαστεί Συστήματα επιδιόρθωσης του DNA ακολουθούν την ίδια διαδικασία: 1. Αναγνωρίσητης ακατάλληλης βάσης (ες). 2. Αφαιρέσητης ακατάλληλης βάσης (ες). 3. Συμπληρώση του κενού με DNA πολυμεράση Ι και DΝΑ λιγάση. Ο πρώτος μηχανισμός επιδιόρθωσης DNA εμφανίζεται όταν η DΝΑ πολυμεράση διορθώνει το νέο κλώνο DΝΑ.

54 Αντιγραφή του DNA Δραστικότητα νουκλεάσης που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση λάθος νουκλεοτίδιων. Η DNA πολυμεράση Ι του Ε. coli, το οποίο χρησιμοποιείται στην αντιγραφή και την επιδιόρθωση του DNA, έχει δραστικότητα εξωνουκλεάσης που αφαιρεί αταίριαστα νουκλεοτίδια από το άκρο 3 του DNA. Το λάθος νουκλεοτίδιο κινείται από την ενεργό θέση της πολυμεράσης στο κοντινό δραστική θέση εξωνουκλεάσης, όπου διασπάται ο φωσφοεστερικός δεσμός.

55 Αμεση επιδιόρθωση Άμεση επιδιόρθωση διορθώνει τα λάθη χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσετε οποιαδήποτε κομμάτια του DNA. DNA φωτολυάση χρησιμοποιεί την ενέργεια του φωτός για να διασπαστούν διμερή πυριμιδίνης.

56 Επιδιόρθωση με εκτομή βάσης Το ένζυμο AlkΑ διασπά τη βάση. Το σημείο που λείπει η βάση ονομάζεται AP σημείο. Διασπάση του DNA στην θέση ΑΡ από την ΑΡ ενδονουκλεάση και μια φωσφοδιεστεράσης αποκόπτει την φωσφορικη δεοξυριβόζη. DNA πολυμεράσης Ι και DNA λιγάσης. Επιδόρθωση με εκτομή βάσης διορθώνει την πιο κοινή μετάλλαξη σημείου στον άνθρωπο, την απαμίνωση της μεθυλο κυτοσίνης σε θυμίνη.

57 Επιδιόρθωση με εκτομή νουκλεοτιδίων Εάν η εκτομή βάσης αποτυγχάνει, η μετάλλαξη μπορεί να διορθωθεί από το σύστημα επιδιόρθωσης εκτομής νουκλεοτιδίων. Ένα σύμπλοκο ένζυμο αναγνωρίζει την παραμόρφωση του DNA που προκαλείται από λαθος βάση. Η UvrABC excinuclease διασπά το DNA σε δύο θέσεις (4/3 8/5 ) DNA Πολυμεράση Ι και DNA λιγάση

58 Επιδόρθωση με εκτομή βάσεων Mismatch repair systems ερευνά την διπλή έλικα του DNA για λάθος βάσης, αποκοπή της περιοχής και αντικατάσταση Methyl-directed μονοπάτι στο E. coli Επειδή η μεθυλίωση συμβαίνει μετά την αντιγραφή, οι πρωτεΐνες επισκευής αναγνωρίζουν το μεθυλιωμένο ινίδιο ως το πατρικό και αντικαθιστούν τις βάσεις από το άλλο

59 Σπουδαιότητα της θυμίνης στο DNA Θυμινη στο DNA χρησιμοποιείται αντί της ουρακίλης για να διατηρηθεί η ακεραιότητα της γενετικής πληροφορίας, Ουρακίλη ζεύγη με αδενίνη A-U Κυτοσίνη απαμινώνει αυθόρμητα για να σχηματίσει ουρακίλη. Χρήση της θυμιδίνης αντί ουρακίλη επιτρέπει την ανίχνευση απαμίνωση της κυτοσίνης. Αν ουρακίλη ανιχνεύεται στο DNA, αφαιρείται με ουρακίλη DΝΑ γλυκοζυλάση και το προκύπτον ΑΡ επισκευάζεται με την εισαγωγή της κυτοσίνης.

60 Καταστρέφοντας το DNA-αναστολή ανάπτυξης καρκινικών κυττάτων Οι καρκίνοι προκαλούνται από μεταλλάξεις σε γονίδια που ελέγχουν την ανάπτυξη. Ένζυμα επισκευής DNA δρούν ως καταστολείς όγκου. Αν αντίγραφα ενζύμου επιδιόρθωσης DNA είναι μεταλλαγμένο, ο καρκίνος είναι πιο πιθανό να αναπτύχθεί (ξηροδερμία). Επειδή οι όγκοι δεν διαθέτουν συστήματα επισκευείς DNA, βλάβες του DNA με χημικά όπως η κυκλοφωσφαμίδη και σισπλατίνη είναι μια στρατηγική για την πρόληψη της ανάπτυξης του καρκίνου.

61 Ελατώματα στον DNA

62 Απόκριση της p53

63 Ο ανασυνδυασμός του DNA παίζει σημαντικό ρόλου στην αντιγραφή και επισκευή Ανασυνδυασμός είναι η ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών μεταξύ των δύο μορίων DNA. Οι δύο θυγατρικά μόρια του DNA που σχηματίζεται από την ανταλλαγή των δύο γονικών κλώνους.

64 Ο ανασυνδυασμός του DNA παίζει σημαντικό ρόλου στην αντιγραφή και επισκευή Ανασυνδυασμόςείναι χρήσιμος Επαναφορά της αντιγραφής εάν σταματήσει. Επισκευή διχαλωτών διακοπών. Ανταλλαγή γενετικού υλικού κατά τη διάρκεια της μείωσης. Δημιουργία ποικιλίας στο ανοσοποιητικό σύστημα. Ενσωμάτωση γονιδίων ιών στο DNA ξενιστή. Δημιουργία ποντικών "knockout" γονιδίων.

65 Ο ανασυνδυασμός του DNA παίζει σημαντικο ρόλο στην αντιγραφή και επισκευή Ανασυνδυασμός είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που απαιτεί δεκάδες πρωτεϊνών. Το διπλό σπάσιμο κλώνου αναγνωρίζεται και τα άκρα του 5 ' με πέψη παράγει μονής έλικος περιοχές που δεσμεύονται από ειδικες πρωτείνες. Εισβολή κλώνου συμβαίνει όταν ένα μόνο σκέλος από το κατεστραμμένο DNA αντικαθιστά ένα σκέλος άθικτου DNA. Σύνθεση του DNA λαμβάνει χώρα, χρησιμοποιώντας την ακέραια DNA ως εκμαγείο. Μια δεύτερη εισβολή κλώνου εμφανίζεται, σχηματίζοντας μια δομή που ονομάζεται διασταύρωση Holliday Ολοκλήρωση της επισκευής. Διάσπαση και απόδοση δύο ακέραιων έλικων.

66 Επισκευή με τη χρήση ανασυνδυασμού

67 Ανασυνδυασμός Ανασυνδυασμός είναι ένα μέσο για τη δημιουργία ποικιλότητας στο ανοσοποιητικό σύστημα. Ανασυνδυασμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα ισχυρό πειραματικό εργαλείο να κινηθεί, αφαιρέσει ή προσθέσει γονιδίων στο γονιδίωμα. Για παράδειγμα, εάν ο μυς ρυθμιστική μυογενίνης πρωτεΐνη απομακρύνεται ή «νοκ άουτ» του γονιδιώματος ποντικού, το ζώο πεθαίνει από έλλειψη λειτουργικής μυών.

68 Λάθη στην αντιγραφή του DNA Τα γονίδια που περιέχουν ακολουθίες τρινουκλεοτιδικών πολλαπλων επαναλήψεων είναι ευαίσθητα σε σφάλματα. Αυτές οι αλληλουχίες των επαναλήψεων μπορεί να επεκταθεί κατά την επιδιορθωση. Στην περίπτωση της νόσου του Huntington, η αλληλουχία CAG, η οποία κωδικοποιεί γλουταμίνη, επεκτέινεται με αποτέλεσμα την παθολογική κατάσταση. Επειδή οι συστοιχίες επεκτείνει κατά την αντιγραφή, τα παιδιά των γονέων με την ασθένεια μπορούν να παρουσιάζουν την κατάσταση νωρίτερα και πιο σοβαρά.

69 Σύνοψη Η αντιγραφήπροχωρεί μεσω πολυμερισμού dntp και ενος εκμαγείου Η εκτύλιξη και η υπερσυσπείρωση του DNA ελέγχονται απο τοποισομεράσες Η αντιγραφήείναι συντονισμένη διαδικασία Βλάβες του DNA μπορούν να επιδιορθωθούν Ο ανασυνδυασμός του DNA διαδραματίζει σημαντικό ρόλο