8.9 : Overview of DNA Repair

Aby genomowe DNA mogło być przekazywane z pokolenia na pokolenie, musi być nieuszkodzone i wolne od błędów. Jednak każdego dnia DNA w komórce przechodzi od kilku tysięcy do miliona szkodliwych zdarzeń spowodowanych przyczynami naturalnymi i czynnikami zewnętrznymi. Promieniowanie jonizujące, takie jak promienie UV, wolne rodniki wytwarzane podczas oddychania komórkowego i uszkodzenia hydrolityczne w wyniku reakcji metabolicznych mogą zmieniać strukturę DNA. Spowodowane uszkodzenia obejmują zmianę pojedynczej zasady, dimeryzację zasady, zerwania łańcucha i usieciowanie.

Chemicznie modyfikowane genomowe DNA może powodować błędy podczas transkrypcji i translacji na białka. Jeśli uszkodzone DNA nie zostanie naprawione przed podziałem komórki, mutacje genomowe mogą zostać przeniesione do następnych pokoleń komórek. Niektóre z tych mutacji mogą prowadzić do niekontrolowanego wzrostu komórek, który przekształca się w raka.

Komórka opracowała solidne systemy do wykrywania i naprawy uszkodzeń DNA. Uszkodzenia DNA mogą być naprawione przez enzymy, które mogą bezpośrednio odwrócić zmianę chemiczną w pojedynczej reakcji. Na przykład fotoliaza enzymatyczna wykorzystuje promieniowanie UV do rozszczepienia dimerów tyminy poprzez otwarcie ugrupowania cyklobutanowego, które utrzymuje dimer tyminy razem.

Inne formy naprawy przebiegają zgodnie z wieloetapowym procesem, w którym

1. Wykrywane są modyfikacje chemiczne w DNA
2. Uszkodzona baza lub region został usunięty
3. Następuje synteza nowego DNA

Jeśli uszkodzenia nie da się naprawić, komórka może się starzeć lub ulec apoptozie. Starzenie się to stan, w którym komórka staje się nieodwracalnie uśpiona, tj. nie może już ulegać podziałowi komórkowemu, a jej cykl komórkowy zostaje zatrzymany na czas nieokreślony. Apoptoza odnosi się do zaprogramowanej śmierci komórki, w której białka zwane kaspazami degradują składniki komórkowe niezbędne do przetrwania komórki. Następnie następuje trawienie DNA przez DNazy, co powoduje, że komórka kurczy się i przekazuje sygnały do grupy białych krwinek zwanych makrofagami, które pochłaniają i usuwają resztki komórkowe.