14.6: Ukarabati wa DNA (2024)

Replication ya DNA ni mchakato sahihi sana, lakini makosa yanaweza kutokea mara kwa mara, kama vile polymerase ya DNA inayoingiza msingi usiofaa. Makosa yasiyosahihishwa wakati mwingine husababisha madhara makubwa, kama kansa. Kukarabati taratibu sahihi makosa. Katika hali mbaya, makosa hayakusahihishwa, na kusababisha mabadiliko; katika hali nyingine, enzymes za kutengeneza wenyewe zimebadilishwa au hazina.

Wengi wa makosa wakati wa replication DNA ni mara moja kusahihishwa na DNA polymerase kwa proofreading msingi ambayo imekuwa tu aliongeza (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Katika proofreading, DNA pol inasoma msingi mpya aliongeza kabla ya kuongeza moja ijayo, hivyo marekebisho yanaweza kufanywa. Polymerase inachunguza kama msingi mpya ulioongezwa umeunganishwa kwa usahihi na msingi katika kamba ya template. Ikiwa ni msingi sahihi, nucleotide inayofuata imeongezwa. Ikiwa msingi usio sahihi umeongezwa, enzyme hufanya kata kwenye dhamana ya phosphodiester na hutoa nucleotide isiyofaa. Hii inafanywa na hatua ya exonuclease ya DNA pol III. Mara baada ya nucleotide isiyo sahihi imeondolewa, mpya itaongezwa tena.

Baadhi ya makosa si kusahihishwa wakati wa replication, lakini badala yake kusahihishwa baada ya replication kukamilika; aina hii ya kukarabati inajulikana kama kutengana match kukarabati (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Enzymes hutambua nucleotide isiyoongezwa vibaya na kuifanya; hii inabadilishwa na msingi sahihi. Ikiwa hii bado haijafanywa, inaweza kusababisha uharibifu wa kudumu zaidi. Je, enzymes za kutengeneza kutofautiana zinatambua ni ipi kati ya besi mbili ni moja sahihi? Katika E. coli, baada ya kuiga, adenine ya msingi ya nitrojeni hupata kikundi cha methyl; mkondo wa DNA wa wazazi utakuwa na makundi ya methyl, wakati strand mpya ya synthesized inakosa. Hivyo, DNA polymerase inaweza kuondoa besi zilizoingizwa vibaya kutoka kwa kamba mpya iliyopangwa, isiyo ya methylated. Katika eukaryotes, utaratibu haueleweki vizuri sana, lakini inaaminika kuhusisha kutambua nicks unsealed katika strand mpya, pamoja na muungano wa muda mfupi kuendelea wa baadhi ya protini replication na mpya binti strand baada ya replication imekamilika.

Katika aina nyingine ya utaratibu wa kutengeneza, ukarabati wa ukarabati wa nucleotide, enzymes hubadilisha besi zisizo sahihi kwa kukata mwisho wa 3' na 5' wa msingi usio sahihi (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Sehemu ya DNA imeondolewa na kubadilishwa na nucleotides zilizounganishwa kwa usahihi na hatua ya DNA pol. Mara baada ya besi kujazwa, pengo iliyobaki ni muhuri na uhusiano phosphodiester kichocheo na DNA ligase. Utaratibu huu wa kutengeneza mara nyingi huajiriwa wakati mfiduo wa UV unasababishwa na malezi ya dimers ya pyrimidine.

Mfano uliojifunza vizuri wa makosa usiosahihishwa unaonekana kwa watu wanaosumbuliwa na xeroderma pigmentosa (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Watu walioathirika wana ngozi ambayo ni nyeti sana kwa mionzi ya UV kutoka jua. Wakati watu wanapatikana kwa UV, dimers ya pyrimidine, hasa wale wa thymine, huundwa; watu wenye xeroderma pigmentosa hawawezi kutengeneza uharibifu. Hizi si umeandaliwa kwa sababu ya kasoro katika enzymes ukarabati nucleotide excision, ambapo kwa watu wa kawaida, dimers thymine ni excised na kasoro ni kusahihishwa. Dimers thymine kupotosha muundo wa DNA mara mbili helix, na hii inaweza kusababisha matatizo wakati wa replication DNA. Watu wenye xeroderma pigmentosa wanaweza kuwa na hatari kubwa ya kuambukizwa saratani ya ngozi kuliko wale ambao hawana hali hiyo.

Hitilafu wakati wa kuiga DNA sio sababu pekee kwa nini mabadiliko yanatokea katika DNA. Mabadiliko, tofauti katika mlolongo wa nucleotide wa genome, pia yanaweza kutokea kwa sababu ya uharibifu wa DNA. Mabadiliko hayo yanaweza kuwa ya aina mbili: ikiwa au kwa hiari. Ikiwa mabadiliko ni yale yanayotokana na yatokanayo na kemikali, mionzi ya UV, x-rays, au wakala mwingine wa mazingira. Mabadiliko ya kawaida hutokea bila yatokanayo na wakala wowote wa mazingira; ni matokeo ya athari za asili zinazofanyika ndani ya mwili.

Mabadiliko yanaweza kuwa na madhara mbalimbali. Mabadiliko mengine hayajaonyeshwa; haya yanajulikana kama mabadiliko ya kimya. Mabadiliko ya uhakika ni mabadiliko hayo yanayoathiri jozi moja ya msingi. Mabadiliko ya kawaida ya nucleotide ni mbadala, ambayo msingi mmoja hubadilishwa na mwingine. Hizi zinaweza kuwa za aina mbili, ama mabadiliko au transversions. Badala ya mpito inahusu purine au pyrimidine inayobadilishwa na msingi wa aina moja; kwa mfano, purine kama adenine inaweza kubadilishwa na guanine ya purine. Kubadilisha mabadiliko inahusu purine kubadilishwa na pyrimidine, au kinyume chake; kwa mfano, cytosine, pyrimidine, inabadilishwa na adenine, purine. Mabadiliko yanaweza pia kuwa matokeo ya kuongeza msingi, unaojulikana kama kuingizwa, au kuondolewa kwa msingi, pia unajulikana kama kufuta. Wakati mwingine kipande cha DNA kutoka kromosomu moja kinaweza kuhamishwa kwa kromosomu nyingine au kwenye kanda nyingine ya kromosomu ileile; hii pia inajulikana kama translocation. Aina hizi mutation ni inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\).

Mabadiliko katika jeni za kutengeneza yamejulikana kwa kusababisha saratani. Jeni nyingi za kutengeneza mutated zimehusishwa katika aina fulani za saratani ya kongosho, saratani ya koloni, na saratani ya rangi. Mabadiliko yanaweza kuathiri seli za somatic au seli za virusi. Ikiwa mabadiliko mengi yanajilimbikiza kwenye kiini cha somatic, yanaweza kusababisha matatizo kama vile mgawanyiko wa seli usio na udhibiti unaoonekana katika kansa. Ikiwa mabadiliko yanafanyika katika seli za virusi, mabadiliko yatapitishwa kwa kizazi kijacho, kama ilivyo katika hemophilia na xeroderma pigmentosa.

ikiwa mabadiliko

mutation kwamba matokeo kutoka yatokanayo na kemikali au mawakala wa mazingira

mabadiliko

tofauti katika mlolongo wa nucleotide wa genome

kutolingana kukarabati

aina ya utaratibu wa ukarabati ambao mismatched besi ni kuondolewa baada ya replication

ukarabati wa ukarabati wa nucleotide

aina ya utaratibu wa kutengeneza DNA ambayo msingi usio sahihi, pamoja na nucleotides chache juu ya mto au chini, huondolewa

kusahihisha

kazi ya DNA pol ambayo inasoma msingi mpya aliongeza kabla ya kuongeza moja ijayo

mabadiliko ya uhakika

mutation ambayo huathiri msingi mmoja

kimya mutation

mutation ambayo si walionyesha

mabadiliko ya hiari

mabadiliko ambayo hufanyika katika seli kama matokeo ya athari za kemikali zinazofanyika kwa kawaida bila yatokanayo na wakala wowote wa nje

badala ya mpito

wakati purine inabadilishwa na purine au pyrimidine inabadilishwa na pyrimidine nyingine

badala ya ubadilishaji

wakati purine inabadilishwa na pyrimidine au pyrimidine inabadilishwa na purine