Секреты наследственности человека

При этом возникает фотодимер тимина (тиминовый димер) — молекула, в которой четыре расположенные по углам квадрата атома углерода соединены вместе ковалентными связями. Если образно сравнить ДНК с застежкой-молнией, то тиминовый димер похож на два соседних зубца одной ее половинки, которые сошлись вместе и не позволяют теперь молнии застегиваться. ДНК с таким нарушением также не может нормально работать. С нее теперь невозможно ни снимать копии (и, следовательно, процесс деления клетки должен быть застопорен), ни считывать информацию, необходимую для производства белков. Ферменты, ответственные за копирование ДНК и считывание с нее информации, дойдя до тиминового димера, либо «перепрыгнут» через него, что приведет к разрыву синтезируемого белка на две половинки, либо вовсе остановятся. Вот к каким неприятным последствиям может привести действие одного единственного фотона!

Помимо образования димеров, в ДНК возможны и другие изменения оснований. Удвоение молекул ДНК живых организмов идет в бешеном темпе. Бактерия кишечная палочка делится каждые 15–20 минув при этом она копирует свою ДНК со скоростью 500 азотистых оснований в секунду. У человека клетки делятся не так стремительно, поэтому скорость копирования ДНК падает до 50 оснований в секунду. Но все равно это дикий по человеческим меркам темп! Сколько знаков за одну секунду можно напечатать на пишущей машинке? От силы несколько, не более. А тут пятьдесят знаков! Немудрено, что в клетках при копировании ДНК возникают «опечатки»: потери оснований, замены одного основания на другое, неправильное их спаривание, разрывы одной цепи ДНК… Такие единичные повреждения биологи называют точечными или точковыми мутациями. Известно, что от деления до деления при 37 градусах в среднем ДНК человека может попросту потерять до 20 азотистых оснований, а счет всех различных повреждений идет при этом уже на тысячи! Что и говорить, картина получается мрачная, если учесть, что всего несколько таких повреждений в ключевых генах клетки может привести к превращению ее в раковую.

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».