uabooks.top

Emlékezzetek! Milyen a DNS szerkezete, és mi a szerepe? Mi a komplementaritás elve, és mi a molekuláris biológia centrális dogmája? Mi a primer, az eukromatin és a heterok-romatin? Milyen az eukarióta kromoszóma szerkezete? Hogyan megy végbe a DNS szintézise?

Az örökítőanyag állandósága biztosítja a fajok állandóságát sok-sok nemzedéken át és hosszú történelmi időszakokon keresztül. A genetikai anyag állandóságát két folyamat biztosítja: a DNS replikádé (megkettőződés) és a DNS reparádó (hibajavítás).

Az egyik fontos probléma, amely a DNS replikáció során megjelenik, az eukarióta kromoszómavégek replikációja. A replikáció végeztével az új lánc 5’-végé-nek szintézise kimarad a megkettőződés folyamatából. Ez azt eredményezi, hogy a kromoszómavégek minden újabb replikáció során folyamatosan rövidülnek (30.2. ábra).

Az osztódó szomatikus sejtekben kromoszómák rövidülésével- kapcsolatos az úgynevezett Hayflick limit (amit a jelenség felfedezőjéről Leonard Hayflickről neveztek el (30.2. ábra): mely szerint az emlősöknél a szomatikus sejtek osztódásának száma hozzávetően 50-52-re korlátozódik. Ezután a sejtek elpusztulnak.

Közvetlenül előtte bennük az elöregedés jelei figyelhetők meg. A csontvelő sejtekre és a daganatos sejtekre ez nem jellemző. Ezért ezek osztódása korlátlan.

30.2. ábra. Leonard Hayflick - a Kaliforniai Egyetem professzora (született 1928-ban). A XX. század 60-as éveiben felfedezte a szomatikus sejtek korlátolt osztódásának jelenségét a többsejtű szervezeteknél, amit Hayflick limitnek nevezünk.

Az eukarióta sejtekben a kromoszómák rövidülésének problémáját a telomerek oldják meg. Ezek a kromoszómák végén lévő szakaszok, ezek rövid ismétlődő sorrendekből állnak, melyek másolatai egymás után helyezkednek el. Az is-métlődésk hosszának megőrzéséért a telomeráz enzim felelős. Szerkezete két egységből áll: RNS-ből melynek egy része komplementáris a telomer ismétlődésekkel, valamint fordított transzkriptáz enzimből, ami DNS-molekulát szintetizál az RNS-mintán. (Emlékezzetek, mely szervezetekre jellemző e folyamat!) Az enzim az egyláncú DNS-szakasz З’-végéhez kapcsolódik, és folyamatosan meghosszabbítja a rövid láncot, melynek során saját RNS-mintáját használja fel. ez a hosszab-

bítás több százszor is megismétlődhet. A másik folyamat, mely biztosítja az örökítőanyag állandóságát a DNS-reparáció. Ez a DNS-hibák kijavítását végzi, visszaállítva eredeti szerkezetét ( a sérülés előtti szerkezetet).

Élete során a sejtre különböző külső (kémiai, fizikai) és belső (például repliká-ciós hibák) tényezők hatnak, melyek a DNS sérülését okozzák. Képzeljük el: naponta szervezetünk DNS molekuláiban millió hiba is létre jöhet, melyeket okozhat megváltozott szerkezetű nukleotid, nitrogénbázis-vesztés, egy-, vagy kétláncú DNS-szakadás, kovalens nukleotid kapcsolódás láncon belül, vagy láncok között, hidrogénkötések kialaulása nem komlementáris bázisok között (30.3. ábra). Érthető, hogy ezek a sérülések akadályozzák a replikáció és transzkripció rendes folymatát, mutációkat okozhatnak, vagy akár a sejt pusztulását is előidézhetik.

30.3. ábra. A DNS-sé-rülések főbb típusai. Feladat: Jellemezzétek őket!

Az örökítőanyag változatlan formájának és működésének megőrzése céljából a sejtben olyan rendszerek vannak, melyek visszaállítják a DNS-molekula szerkezetét. Ezeket két típusra osztjuk: direkt repair és indirekt repair (reparáció). A direkt repair rendszeréhez azok tartoznak, melyek egy lépésben javítják a hibákat: egy hiba - egy enzim - egy reakció elve alapján. A direkt repair rendszere, gyorsaságának ellenére sem képes megbirkózni a túl sok DNS-hibával. Az indirekt repair rendszerek összetettebbek, több fehérje érintett a folyamatban, a hibajavítás folyamata pedig több szakaszból áll. Ezekhez soroljuk: a helytelenül kapcsolódó nukleotidok reparációját, a nitrogénbázisok, nukleotidok, kettős DNS láncszakadások, és a láncok közötti kovalens kapcsolódások reparációját. Tekintsük át őket!

A helytelenül kapcsolódó nukleotidok reparációs rendszere. Időnként a DNS-po-limeráz a szintézis során a növekvő lánchoz nem komplementáris nukleotidot illeszt be (gyakorisága 1/105 nukleotid). Ezt a nukleotidot a hibajavító rendszer eltávolítja. Ez javítja az egy vagy több nukleotid beszúrást, kiesést, melyek szintén az DNS-polimeráz hibájából keletkeznek (30.4. ábra).

A másik indirekt repair rendszer felismeri és kijavítja a nukleotidok kémiai változásait, amelyek gátolják a DNS-replikációt és transzkripciót. Ez a rendszer univerzálisabb a többinél, ugyanis nem közvetlenül a hibát ismeri fel, hanem a hiba által okozott DNS-szerkezetváltozást.

A kettős DNS-láncszakadás reparációs rendszere, bár csak egy hibát ismer fel és javít, nagyon fontos az örökítőanyag állandósága szempontjából. Bár ilyen kettős szakadások ritkán fordulnak elő, nagyon veszélyesek a sejt számára, mivel kromoszóma-szerkezetváltozásokat okozhatnak.

A DNS hiba tolerancia rendszer akkor érvényesül, amikor nagyon sok DNS-hiba halmozódik fel, vagy a reparációs folyamatok nem érkezik javítani ezeket. Ha a hibák nem lettek kijavítva a DNS-replikáció kezdetéig, akkor a folyamat leáll. A

szintézis folytatásához speciális DNS-polimeráz szükséges, amely a hibával szemben véletlenszerűen illeszt be nukleotidokat. Az ilyen „reparációnak” köszönhetően a sejt életképes marad, de a hiba is megmarad. Ezek a hibák a következő sejtciklusban javítódhatnak ki.

30.4. ábra. A helytelenül kapcsolódó nu-kelotidok reparációjának sémája. Speciális fehérjék felismerik a helytelenül párosodó nukleotidokat (A); helytelenül illeszkedő nukleotid mellet mindkét oldalon vágják a láncot (B); egy enzim eltávolítja a hibás szakaszt (C); a keletkezett rést a DNS-polimeráz beépíti (D)

1. A DNS hibajavító folyamatokat miért soroljuk az örökítőanyag állandóságát biztosító folyamatok sorába? 2. Miért okozhat a DNS szerkezetváltozása mutációkat? 3. Mi az a direkt repair rendszer? 4. Mi jellemzi az indirekt repair rendszert? 5. Mi a DNS-hiba tolerancia rendszer

Az ember diploid genomjának mérete 6*109 nukleotid. Számoljátok ki, hány helytelenül beillesztett nukleotid lesz az utódsejtben sejtosztódás után!

Tankönyv 10. osztálya számára Biológia és ökológia Osztapcsenko, Bálán,  Kompanec, Ruskovszkij