Reparasi: apakah ini? Mekanisme perbaikan DNA

Reparasi adalah milik sel hidup untuk melawan berbagai kerusakan DNA. Di dunia sekitar, ada banyak faktor yang bisa menyebabkan perubahan ireversibel pada tubuh yang hidup. Untuk menjaga integritasnya, hindari patologis dan tidak sesuai dengan mutasi kehidupan, pastilah ada sistem restorasi diri. Bagaimana integritas bahan genetik sel yang rusak? Mari pertimbangkan masalah ini secara lebih rinci. Juga cari tahu mekanisme restoratif tubuh dan cara kerjanya.

Gangguan pada DNA

Molekul asam deoksiribonukleat dapat rusak baik selama biosintesis dan di bawah pengaruh zat berbahaya. Untuk faktor negatif, khususnya, termasuk suhu atau kekuatan fisik dari asal yang berbeda. Jika terjadi kerusakan, sel memulai proses perbaikan. Dengan demikian mulailah pemulihan struktur asli molekul DNA. Kompleks enzim khusus yang ada di dalam sel bertanggung jawab untuk perbaikan. Dengan ketidakmampuan sel individu untuk melakukan restorasi, beberapa penyakit dikaitkan. Ilmu yang mempelajari proses reparasi adalah biologi. Dalam disiplin ilmu, banyak eksperimen dan eksperimen telah dilakukan, berkat proses pemulihan yang menjadi lebih mudah dipahami. Perlu dicatat bahwa mekanisme perbaikan DNA sangat menarik, begitu pula sejarah penemuan dan kajian fenomena ini. Faktor apa yang berkontribusi pada awal pemulihan? Agar prosesnya dimulai, perlu adanya reparasi stimulus DNA dari jaringan. Apa ini, kami akan memberitahu Anda secara lebih rinci di bawah ini.

Sejarah penemuan

Fenomena luar biasa ini mulai mempelajari ilmuwan Amerika Kellner. Penemuan penting pertama di jalur investigasi reparasi adalah fenomena photoreactivation. Dengan istilah ini, Kellner menyebut efek pengurangan dampak buruk dari iradiasi ultraviolet dalam perawatan sel-sel yang rusak selanjutnya dengan fluks terang yang terang dari spektrum yang terlihat.

"Pemulihan ringan"

Selanjutnya, penelitian Kelner mendapat kelanjutan logisnya dalam karya ahli biologi Amerika, Setlaw, Rupert dan beberapa lainnya. Berkat kerja kelompok ilmuwan ini, dapat dipastikan bahwa fotoreaktivasi adalah proses yang dipicu oleh zat khusus - enzim yang mengkatalisis pembelahan dimer timin. Mereka, ternyata, terbentuk selama eksperimen di bawah pengaruh ultraviolet. Dalam kasus ini, cahaya tampak terang memicu aksi enzim, yang berkontribusi pada pembelahan dimer dan pemulihan keadaan semula dari jaringan yang rusak. Dalam hal ini kita berbicara tentang jenis perbaikan DNA ringan. Mari kita definisikan dengan lebih jelas. Dapat dikatakan bahwa perbaikan ringan adalah restorasi di bawah pengaruh cahaya struktur DNA asli setelah kerusakan. Namun, proses ini bukan satu-satunya yang berkontribusi terhadap penghapusan kerusakan.

"Pemulihan gelap"

Beberapa saat setelah ditemukannya cahaya ditemukan perbaikan gelap. Fenomena ini terjadi tanpa terpapar sinar cahaya yang tampak. Kemampuan untuk pulih ini ditemukan selama studi tentang sensitivitas bakteri tertentu terhadap sinar ultraviolet dan radiasi pengion. Perbaikan DNA gelap adalah kemampuan sel untuk menghilangkan perubahan patogen dalam asam deoksiribonukleat. Tapi harus dikatakan bahwa ini bukan lagi proses fotokimia, tidak seperti restorasi ringan.

Mekanisme penghapusan kerusakan "gelap"

Pengamatan bakteri menunjukkan bahwa beberapa saat setelah organisme uniseluler menerima sebagian ultraviolet, akibatnya beberapa bagian DNA rusak, sel mengatur proses internalnya dengan cara tertentu. Akibatnya, sepotong DNA yang dimodifikasi hanya terputus dari rantai umum. Kesenjangan yang dihasilkan kembali diisi dengan bahan yang diperlukan dari asam amino. Dengan kata lain, resynthesis DNA dilakukan. Penemuan oleh para ilmuwan tentang fenomena seperti perbaikan jaringan gelap adalah langkah lain dalam mempelajari kemampuan perlindungan menakjubkan dari hewan dan organisme manusia.

Bagaimana sistem reparasi

Percobaan yang mengungkapkan mekanisme pemulihan dan keberadaan kemampuan ini dilakukan dengan bantuan organisme uniseluler. Tapi proses perbaikan itu melekat pada sel hidup hewan dan manusia. Beberapa orang menderita xeroderma pigmen. Penyakit ini disebabkan oleh kurangnya kemampuan sel untuk resynthesize DNA yang rusak. Xeroderma diwariskan. Apa sistem reparasi terdiri dari? Keempat enzim dimana proses perbaikan dijaga adalah DNA-chelicase, -exonuclease, -polymerase dan -ligase. Yang pertama dari senyawa ini mampu mengenali kerusakan rantai rantai asam deoksiribonukleat. Dia tidak hanya mengenali, tapi juga memotong rantai di tempat yang tepat untuk menghilangkan segmen molekul yang berubah. Penghapusan itu sendiri dilakukan dengan menggunakan DNA-exonuclease. Selanjutnya, bagian baru dari molekul asam deoksiribonukleat disintesis dari asam amino untuk menggantikan keseluruhan segmen yang rusak. Nah, akord terakhir dari prosedur biologis yang paling rumit ini dilakukan dengan bantuan enzim ligase DNA. Hal ini bertanggung jawab untuk melampirkan situs yang disintesis ke molekul yang rusak. Setelah keempat enzim tersebut melakukan pekerjaan mereka, molekul DNA benar-benar diperbarui dan semua kerusakannya tetap ada di masa lalu. Begitulah mekanisme kerja di dalam sel hidup.

Klasifikasi

Saat ini, para ilmuwan mengidentifikasi jenis sistem perbaikan berikut. Mereka diaktifkan tergantung pada berbagai faktor. Ini termasuk:

1. Reaktivasi.
2. Restorasi rekombinasi
3. Perbaikan heterodupleks.
4. Perbaikan eksisi
5. Menyatukan kembali ujung molekul DNA non-homolog.

Semua organisme bersel tunggal memiliki setidaknya tiga sistem enzim. Masing-masing memiliki kemampuan untuk melakukan proses restorasi. Sistem ini meliputi: langsung, excisive dan postreplicative. Prokariota adalah tiga jenis perbaikan DNA. Sedangkan untuk eukariota, mereka memiliki mekanisme tambahan yang disebut Miss-mathe dan Sos-reparation. Biologi telah mempelajari secara rinci semua jenis penyembuhan diri dari bahan genetik sel.

Struktur mekanisme tambahan

Reparasi langsung adalah cara paling rumit untuk menyingkirkan perubahan patologis DNA. Hal ini dilakukan oleh enzim khusus. Berkat mereka, pemulihan struktur molekul DNA berlangsung sangat cepat. Sebagai aturan, prosesnya berjalan dalam satu tahap. Salah satu enzim yang dijelaskan di atas adalah methyltransferase O6-methylguanine-DNA. Sistem perbaikan eksisi adalah sejenis penyembuhan diri dari asam deoksiribonukleat, yang melibatkan pemotongan asam amino yang berubah dan kemudian menggantinya dengan tambalan yang baru disintesis. Proses ini sudah dilakukan dalam beberapa tahap. Dalam perjalanan perbaikan DNA pasca replikasi, celah dalam struktur molekul ini dapat dibentuk menjadi rantai tunggal. Mereka kemudian ditutup dengan bantuan protein RecA. Sistem reparasi pasca replikatif unik karena tidak ada tahap dalam proses mengenali perubahan patogen.

Siapa yang bertanggung jawab atas mekanisme pemulihan?

Sampai saat ini, para ilmuwan mengetahui bahwa makhluk sederhana, seperti E. coli, memiliki tidak kurang dari setengah ratus gen yang bertanggung jawab atas perbaikan itu sendiri. Setiap gen melakukan fungsi tertentu. Ini termasuk: pengakuan, penghapusan, sintesis, keterikatan, identifikasi efek radiasi ultraviolet dan sebagainya. Sayangnya, gen apapun, termasuk yang bertanggung jawab atas proses perbaikan di sel, bermutasi. Jika ini terjadi, maka mereka memicu lebih banyak mutasi pada seluruh sel tubuh.

Daripada berbahaya merusak DNA

Setiap hari, DNA sel kita terkena bahaya kerusakan dan perubahan patologis. Ini berkontribusi pada faktor lingkungan seperti radiasi ultraviolet, aditif makanan, bahan kimia, perubahan suhu, medan magnet, banyak tekanan yang memicu proses tertentu dalam tubuh, dan banyak lagi. Jika struktur DNA rusak, bisa menyebabkan mutasi sel berat, dan bisa menyebabkan kanker di masa depan. Itulah sebabnya tubuh memiliki seperangkat tindakan yang dirancang untuk memerangi kerusakan tersebut. Bahkan jika enzim tidak dapat mengembalikan DNA ke tampilan aslinya, sistem perbaikan bekerja untuk meminimalkan kerusakan.

Rekombinasi homolog

Mari kita lihat apa adanya. Rekombinasi adalah pertukaran materi genetik dalam proses pecah dan hubungan molekul asam deoksiribonukleat. Dalam kasus ketika diskontinuitas terjadi dalam DNA, proses rekombinasi homolog dimulai. Dalam perjalanannya, fragmen dari dua molekul dipertukarkan. Karena ini, struktur asli asam deoksiribonukleat dipulihkan secara akurat. Dalam beberapa kasus, penetrasi DNA bisa terjadi. Berkat proses rekombinasi, adalah mungkin untuk mengintegrasikan kedua unsur yang berbeda ini.

Mekanisme pemulihan dan kesehatan tubuh

Reparasi adalah kondisi yang sangat diperlukan untuk fungsi normal tubuh. Terekspos setiap hari dan setiap jam untuk ancaman kerusakan dan mutasi DNA, struktur multiselular menyesuaikan dan bertahan. Ini juga karena sistem reparasi yang mapan. Kurangnya kapasitas restoratif normal menyebabkan penyakit, mutasi dan kelainan lainnya. Ini termasuk berbagai patologi perkembangan, onkologi dan bahkan penuaan itu sendiri. Penyakit keturunan karena gangguan reparasi dapat menyebabkan tumor ganas parah dan anomali lainnya pada tubuh. Kini beberapa penyakit akibat kerusakan sistem perbaikan DNA telah teridentifikasi. Ini adalah, misalnya, patologi seperti sindrom Cocaine, xeroderma, kanker non-kolon usus besar, trichodiodystrophy dan beberapa jenis kanker.