DNA reparatsioon
DNA parandamine tähendab protsesse, mille abil rakk tuvastab ja parandab oma DNA-molekulide kahjustused.
Rakkudes kahjustavad DNA-d normaalne ainevahetustegevus ja keskkonnategurid, näiteks UV-valgus ja kiirgus. Ühe raku kohta tekib päevas kuni miljon molekulaarset kahjustust. Paljud neist kahjustustest põhjustavad DNA molekuli struktuurikahjustusi ja võivad muuta või kõrvaldada raku võime transkribeerida kahjustatud geeni. Teised kahjustused põhjustavad raku genoomis potentsiaalselt kahjulikke mutatsioone, mis mõjutavad raku tütarrakkude ellujäämist pärast jagunemist. DNA parandamise protsess peab olema pidevalt aktiivne, et ta saaks kiiresti reageerida igale DNA struktuuri kahjustusele.
DNA parandamise kiirus sõltub paljudest teguritest, sealhulgas raku tüübist, raku vanusest ja rakuvälisest keskkonnast. Rakk, mis on kogunud palju DNA-kahjustusi või mis ei paranda enam tõhusalt kahjustusi, võib sattuda ühte kolmest seisundist:
DNA kahjustus, mille tulemuseks on mitu katkist kromosoomi
DNA parandamine
DNA parandamise kiirus sõltub paljudest teguritest, sealhulgas raku tüübist, raku vanusest ja rakuvälisest keskkonnast. On selgunud, et paljud geenid, mis algselt mõjutasid eluiga, on seotud DNA kahjustuste parandamise ja kaitsega.
Kahjustus ja mutatsioon
DNA kahjustused ja mutatsioon on põhimõtteliselt erinevad.
- Kahjustused on füüsilised kõrvalekalded DNAs, näiteks ühe- ja kahesoonelised katkestused. DNA kahjustused on ensüümide poolt äratuntavad ja seega on neid võimalik parandada. Parandamiseks on vaja kahjustamata järjestust komplementaarses DNA-ahelas või homoloogilises kromosoomis. Kui rakk säilitab DNA-kahjustuse, võib takistada geeni transkriptsiooni ja seega ka translatsiooni valguks. Ka replikatsioon võib olla blokeeritud või rakk võib surra.
- Mutatsioon on muutus DNA alusjärjestuses. Mutatsioone ei ole võimalik ensüümide poolt ära tunda, kui alusmuutus on olemas mõlemas DNA-ahelas, seega ei saa mutatsiooni parandada. Raku tasandil võivad mutatsioonid põhjustada muutusi valkude funktsioonis ja regulatsioonis. Mutatsioonid replitseeruvad raku replikatsiooni käigus. Rakkude populatsioonis suureneb või väheneb mutantsete rakkude sagedus vastavalt mutatsiooni mõjule raku ellujäämis- ja paljunemisvõimele.
Kuigi nad erinevad teineteisest, on DNA kahjustused ja mutatsioonid omavahel seotud, sest DNA kahjustused põhjustavad sageli DNA sünteesi vigu replikatsiooni või parandamise käigus; need vead on peamine mutatsiooni allikas. DNA kahjustused sageli jagunevates rakkudes, kuna need põhjustavad mutatsioone, on vähktõve üks peamisi põhjusi. Seevastu DNA kahjustused harva jagunevates rakkudes on tõenäoliselt vananemise silmapaistev põhjus.
2015. aasta Nobeli preemia teadus
2015. aasta Nobeli keemiaauhind läks kolmele teadlasele, kes igaüks avastas osa DNA parandamise loost.
- Tomas Lindahl FRS, kes on rootslane ja töötab Ühendkuningriigis, avastas mehhanismi, mida nimetatakse baasi eksisioonireparanduseks. See toimib DNA lagunemise vastu.
- Türgi päritolu Aziz Sancar, Põhja-Carolina ülikooli professor, leidis teistsuguse DNA parandamise, mida nimetatakse nukleotiidide eksisioonireparanduseks.
- Ameerika Paul Modrich näitas Põhja-Carolinas asuvas Duke'i ülikoolis, kuidas rakud parandavad rakkude jagunemisel tekkivaid DNA-vigu. Selle mehhanismi, mida nimetatakse ebakõla parandamiseks, tulemuseks on DNA replikatsioonil esinevate vigade sageduse 1000-kordne vähenemine.
Küsimused ja vastused
K: Mis on DNA parandamine?
V: DNA parandamine on protsess, mille käigus rakk tuvastab ja parandab oma DNA-molekulide kahjustused, mis on põhjustatud normaalsest ainevahetustegevusest ja keskkonnateguritest, näiteks UV-valgusest ja kiirgusest.
K: Kui palju molekulaarseid kahjustusi võib ühe raku kohta päevas tekkida?
V: Ühe raku kohta võib esineda kuni miljon molekulaarset kahjustust päevas.
K: Mida võivad põhjustada DNA molekuli struktuursed kahjustused?
V: DNA-molekuli struktuurne kahjustus võib muuta või kõrvaldada raku võime transkribeerida kahjustatud geeni.
K: Mida võivad mõjutada DNA kahjustuste poolt esilekutsutud potentsiaalselt kahjulikud mutatsioonid?
V: DNA-kahjustuste põhjustatud potentsiaalselt kahjulikud mutatsioonid võivad mõjutada raku tütarrakkude ellujäämist pärast raku jagunemist.
K: Miks peab DNA parandamise protsess olema pidevalt aktiivne?
V: DNA parandamisprotsess peab olema pidevalt aktiivne, et ta saaks kiiresti reageerida mis tahes kahjustusele DNA struktuuris.
K: Millised tegurid võivad mõjutada DNA parandamise kiirust?
V: DNA parandamise kiirust võivad mõjutada paljud tegurid, sealhulgas raku tüüp, raku vanus ja rakuväline keskkond.
K: Mis võib juhtuda rakuga, mis on kogunud palju DNA-kahjustusi või mis ei paranda enam tõhusalt kahjustusi?
V: Rakk, mis on kogunud palju DNA-kahjustusi või mis ei paranda enam tõhusalt kahjustusi, võib sattuda ühte kolmest seisundist.
