Reparación de ADN
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 11 de junio de 2019; las comprobaciones requieren 8 ediciones .Reparación (del lat. reparatio - restauración) - una función especial de las células , que consiste en la capacidad de corregir daños químicos y roturas en moléculas de ADN dañado durante la biosíntesis normal de ADN en la célula o como resultado de la exposición a reactivos físicos o químicos. Se lleva a cabo mediante sistemas enzimáticos especiales de la célula. Varias enfermedades hereditarias (por ejemplo, xeroderma pigmentosa ) están asociadas con violaciones de los sistemas de reparación.
Historial de descubrimientos
El comienzo del estudio de la reparación fue establecido por el trabajo de Albert Kellner ( EE . UU .), quien en 1948 descubrió el fenómeno de la fotorreactivación : una disminución del daño a los objetos biológicos causado por los rayos ultravioleta (UV), con la exposición posterior a la luz visible brillante. ( reparación ligera ).
R. Setlow, K. Rupert (EE. UU.) y otros pronto establecieron que la fotorreactivación es un proceso fotoquímico que ocurre con la participación de una enzima especial y conduce a la escisión de los dímeros de timina formados en el ADN tras la absorción de un cuanto UV.
Más tarde, al estudiar el control genético de la sensibilidad de las bacterias a la luz ultravioleta y la radiación ionizante, se descubrió la reparación oscura : la propiedad de las células para eliminar el daño en el ADN sin la participación de la luz visible. El mecanismo de reparación oscura de las células bacterianas irradiadas con luz ultravioleta fue predicho por A. P. Howard-Flanders y confirmado experimentalmente en 1964 por F. Hanawalt y D. Petitjohn (EE. UU.). Se demostró que en bacterias después de la irradiación, las secciones de ADN dañadas con nucleótidos alterados se extirpan y el ADN se vuelve a sintetizar en los espacios vacíos resultantes.
Los sistemas de reparación existen no sólo en microorganismos , sino también en células animales y humanas , en las que se estudian en cultivos de tejidos . Se conoce una enfermedad hereditaria de una persona: xeroderma pigmentosa , en la que se altera la reparación.
Thomas Lindahl , Aziz Shankar y Paul Modric recibieron el Premio Nobel de Química 2015 por su investigación en el estudio de los métodos de reparación del ADN [1] [2] .
Fuentes de daño en el ADN
- Radiación ultravioleta
- Radiación
- Sustancias químicas
- errores de replicación del ADN
- Apurinización: escisión de bases nitrogenadas del esqueleto de azúcar-fosfato
- Desaminación : la eliminación de un grupo amino de una base nitrogenada.
Principales tipos de daños en el ADN
- Daño de un solo nucleótido
- Daño a un par de nucleótidos
- Roturas de cadenas de ADN monocatenarias y bicatenarias
- Formación de enlaces cruzados entre las bases de la misma hebra o de diferentes hebras de ADN
- Formación de dímeros de timina
- reticulación
La estructura del sistema de reparación
Cada uno de los sistemas de reparación incluye los siguientes componentes:
- ADN helicasa - una enzima que "reconoce" secciones alteradas químicamente en la cadena y rompe la cadena cerca del daño;
- La ADNasa (desoxirribonucleasa) es una enzima que "corta" 1 hebra de ADN (una secuencia de nucleótidos) a lo largo de un enlace fosfodiéster y elimina un área dañada: la exonucleasa actúa sobre los nucleótidos terminales 3` o 5`, la endonucleasa actúa sobre nucleótidos que no sean los terminales ;
- ADN polimerasa : una enzima que sintetiza la sección correspondiente de la cadena de ADN para reemplazar la eliminada;
- La ADN ligasa es una enzima que cierra el último enlace en la cadena del polímero y por lo tanto restaura su continuidad.
Tipos de reparación
Las bacterias tienen al menos 3 sistemas enzimáticos que conducen a la reparación: directa, por escisión y post-replicativa. Los eucariotas y las bacterias también tienen tipos especiales de reparación Mismatch [3] y reparación SOS (a pesar del nombre, este tipo de reparación difiere ligeramente entre bacterias y eucariotas [4] .
Reparación directa
La reparación directa es la forma más sencilla de eliminar el daño en el ADN, que generalmente involucra enzimas específicas que pueden eliminar rápidamente (generalmente en un solo paso) el daño correspondiente, restaurando la estructura de nucleótidos original . Así actúa, por ejemplo, la O6-metilguanina- ADN metiltransferasa , que quita el grupo metilo de la base nitrogenada a uno de sus propios residuos de cisteína .
Reparación por escisión
La reparación por escisión implica la eliminación de las bases nitrogenadas dañadas del ADN y la posterior restauración de la estructura normal de la molécula a lo largo de la cadena complementaria. El sistema enzimático elimina una secuencia monocatenaria corta de ADN bicatenario que contiene bases dañadas o que no coinciden y las reemplaza sintetizando una secuencia que es complementaria a la cadena restante.
La reparación por escisión es el método más común para reparar bases de ADN modificadas . Se basa en el reconocimiento de una base modificada por varias glicosilasas que escinden el enlace N-glucosídico de esta base con el esqueleto de azúcar-fosfato de la molécula de ADN. Al mismo tiempo, existen glucosilasas que reconocen específicamente la presencia en el ADN de determinadas bases modificadas (oximetiluracilo, hipoxantina, 5-metiluracilo, 3-metiladenina, 7-metilguanina, etc.). Para muchas glicosilasas, se ha descrito hasta la fecha polimorfismo asociado con el reemplazo de uno de los nucleótidos en la secuencia codificante del gen. Para varias isoformas de estas enzimas, se ha establecido una asociación con un mayor riesgo de enfermedades oncológicas [Chen, 2003].
Otro tipo de reparación por escisión es la reparación por escisión de nucleótidos , diseñada para lesiones más grandes, como la formación de dímeros de pirimidina .
Reparación post-replicativa
El tipo de reparación que ocurre cuando el proceso de reparación por escisión es insuficiente para reparar completamente el daño: después de la replicación con la formación de ADN que contiene áreas dañadas, se forman brechas monocatenarias que se llenan en el proceso de recombinación homóloga con la ayuda de la proteína RecA [5] .
Se ha descubierto reparación posreplicativa en células de E. coli incapaces de escindir dímeros de timina. Este es el único tipo de reparación que no tiene un paso de reconocimiento de daños.
Datos interesantes
- Se cree que del 80% al 90% de todos los cánceres están asociados con la falta de reparación del ADN [6] .
- El daño del ADN bajo la influencia de factores ambientales, así como los procesos metabólicos normales que ocurren en la célula, ocurre con una frecuencia de varios cientos a 1000 casos en cada célula, cada hora [7] .
- De hecho, los errores en la reparación ocurren con la misma frecuencia que en la replicación y, bajo ciertas condiciones, incluso con mayor frecuencia.
- En las células germinales, la reparación compleja asociada a la recombinación homóloga no se produce debido a la naturaleza haploide del genoma de estas células [8] .
Notas
- ↑ Premio Nobel de Química otorgado por reparar el ADN // Lenta.Ru . Consultado el 7 de octubre de 2015. Archivado desde el original el 7 de octubre de 2015.
- ↑ Kirill Stasevich. Cómo una célula repara su ADN // Ciencia y vida . - 2015. - Nº 11 . - S. 30-38 .
- ↑ Kenji Fukui. Reparación de desajustes de ADN en eucariotas y bacterias // Journal of Nucleic Acids. — 2010-07-27. - T. 2010 . - S. 260512 . — ISSN 2090-021X . -doi : 10.4061 / 2010/260512 . Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2021.
- ↑ Mark S. Eller, Adam Asarch, Barbara A. Gilchrest. Fotoprotección en la piel humana: una respuesta SOS multifacética† // Fotoquímica y fotobiología. - 2008. - Vol. 84 , edición. 2 . — págs. 339–349 . — ISSN 1751-1097 . -doi : 10.1111/ j.1751-1097.2007.00264.x . Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2021.
- ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genética con las bases de la selección. - Moscú: Escuela Superior, 1989
- ↑ A. S. Konichev, G. A. Sevastyanova. Biología Molecular. - M. : Academia, 2003. - ISBN 5-7695-0783-7 .
- ↑ Vilenchik MM , Knudson AG Efectos de la tasa de dosis de radiación inversa en mutaciones somáticas y de línea germinal y tasas de daño en el ADN // Actas de la Academia Nacional de Ciencias. - 2000. - 2 de mayo ( vol. 97 , núm. 10 ). - Pág. 5381-5386 . — ISSN 0027-8424 . -doi : 10.1073/ pnas.090099497 . —PMID 10792040 .
- ↑ B.Lewin. genes
Véase también
- Trucos inducidos por radiación
- Daño en el ADN
- ciclo celular
- terapia de genes
- Procesos radiobiológicos primarios
- progeria
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