Ремонтный набор

Ремонтный набор

Ясно, что если бы у клеток не было защиты против таких нарушений ДНК, то вскоре многие гены были бы необратимо повреждены, что неизбежно приведет организм к полной катастрофе. Неудивительно поэтому, что любые клетки регулярно и постоянно занимаются репарацией — своеобразной «санацией» своей ДНК. Знающим историю людям слово «репарация» (восстановление) скорее всего напомнит о выплатах гигантских денежных сумм Германией странам, победившим в двух мировых войнах. Биологи же называют этим термином «починку» ДНК. Первые указания на подобные процессы были получены еще в начале шестидесятых годов XX века в опытах на бактериях. В ответ на облучение ультрафиолетом кишечные палочки начинали интенсивно «чинить» свою ДНК — то есть, удалять поврежденные облучением участки и восстанавливать исходные последовательности нуклеотидов. Со временем удалось разобраться во всех тонкостях этого уникального процесса. Оказалось, что в распоряжении клетки находится целый набор уникальных белков, работающих словно миниатюрные насадки бормашины, необходимые для постановки зубных пломб. Только работают они не с эмалью и дентином зуба, а с молекулой ДНК.

Все начинается с того, что специальный белок Уф-эндонуклеаза находит тиминовый димер и рвет рядом с ним одну цепь ДНК. Вторая цепь остается при этом неразорванной. Затем за работу берется другой белок — так называемая экзонуклеаза. Она удаляет слева и справа от разрыва несколько сотен нуклеотидов — так, на всякий случай. Точно также и стоматолог высверливает в поврежденном зубе лунку пошире, чтобы уже с гарантией удалить все поврежденные кариесом участки. В результате действия экзонуклеазы на одной из цепей ДНК (там где был обнаружен тиминовый димер) возникает брешь длиной в несколько тысяч нуклеотидов. Ее затем быстро заделывает третий белок — ДНК-полимераза. Она проезжается по второй, нетронутой цепочке ДНК и напротив каждого нуклеотида выстраивает ему комплементарный. Завершает эту блестящую работу последний белок — лигаза. Она «зашивает» разрывы на подверженной починке цепочке ДНК, да так искусно, что не остается никаких «швов». В результате существовавшая до повреждения структура ДНК полностью восстанавливается. Так что по образному выражению Юрия Георгиевича Чиркова «…в клетке в случае нужды есть кому не только кроить и пороть молекулы ДНК, но и сметывать их».

Из сказанного становится ясным смысл двухцепочечности ДНК. Биологи, занимающиеся проблемой возникновения жизни, утверждают, что первыми соединениями, возникшими на заре молекулярной эволюции и способными строить свои копии, были одноцепочечные рибонуклеиновые кислоты — РНК. А связанные с ними уже закодированные в РНК белки способствовали процессу их воспроизводства. Понятно, что в случае любых нарушений структуры таких первичных РНК они уже не могли быть восстановлены, поэтому цепочки нуклеотидов с возникающими существенными нарушениями постепенно элиминировались из кругооборота воспроизводства. Появление двухцепочечных молекул ДНК позволило эффективно восстанавливать поврежденные участки, достраивая их по неповрежденным половинкам. Это была настоящая революция в борьбе с неизбежными «типографскими опечатками» нуклеотидных текстов. Революция, которая наверняка ускорила на много порядков эволюцию клеток два с половиной миллиарда лет назад!