Внимательно прочитайте текст и проанализируйте рисунок. Затем начинайте выполнять задания.

В ДНК с течением времени накапливаются разнообразные поломки. Процесс их исправления называется репарацией. Если бы репарации не было, то все живые существа на планете давно бы погибли. В каждой клетке существуют несколько взаимодополняющих систем репарации. Одна из них называется эксцизионная репарация оснований (base excision repair). Эта система активируется, когда в ДНК возникают повреждения азотистых оснований. Например, цитозин в результате спонтанного дезаминирования превращается в урацил (рис.1). Поскольку такого основания в ДНК в норме не содержится, то у эукариот его узнают и удаляют специальные ферменты - ДНКгликозилазы. Для разных типов поврежденных оснований существуют ДНК-гликозилазы, специфически их узнающие и вырезающие. В результате образуется т.н. АП-сайт (apurinic/apyrimidinic site) - сахарофосфатный остаток, лишенный азотистого основания. По существующим оценкам, в клетке за сутки образуется около 10 000 таких сайтов. АПсайт узнается ферментом АП-эндонуклеазой, которая разрывает сложноэфирную связь в цепи ДНК рядом с повреждённым основанием и заодно удаляет 2-10 соседних нуклеотидов. Образовавшаяся брешь застраивается ДНК-полимеразой, а ДНК-лигаза затем восстанавливает сложноэфирную связь.

Но не всегда конец бывает таким хорошим. Когда в ДНК в направлении от 5'-конца к 3'- концу за дезоксицитидином следует дезоксигуанозин, то образуется т.н. ЦГ-островок (CpG island). Такие островки узнают ферменты метилтрансферазы и осуществляют метилирование цитозина (рис. 1). В этом случае при спонтанном дезаминировании цитозин превращается в тимин (рис.1). И тогда определить, в какой именно цепи произошла мутация, уже невозможно. Тем не менее, репарация все же происходит, но выбор удаляемого основания осуществляется случайным образом, что примерно в половине случаев приводит к мутации.

Однако метилирование ДНК имеет очень важное значение для жизни клетки, несмотря на такую подверженность мутациям. Помимо белок-кодирующих участков генов, ЦГдинуклеотиды часто расположены в регуляторных областях генов, например, в проморотах. Метилирование входящих в них дезоксицитидинов приводит снижению транскрипции соответствующих генов. Напротив, удаление метильных групп приводит к активации транскрипции. Таким образом, метилирование ДНК позволяет регулировать активность генов. Метилирование обратимо и может изменяться в зависимости от внешних факторов. Самое интересное заключается в том, что уровень метилирования генов может наследоваться. Таким образом, по наследству могут передаваться приобретенные признаки, не закодированные в виде последовательности нуклеотидов. Такое наследование менее стабильно по сравнению с генным и может изменяться в течение жизни организма. Его закономерности изучает интенсивно развивающаяся область молекулярной биологии, получившая название "эпигенетика".

Рисунок 1. Модификации дезоксицитидина, встречающиеся в ДНК. Синей чертой обозначен разрыв N-гликозидной связи, который осуществляют ДНК-гликозилазы.

Задания

Для ответа на задания используйте материал прочитанного текста. В каждом тесте содержится не менее одного верного утверждения. Вам нужно выбрать все верные утверждения.

1. При эксцизионной репарации оснований ДНК последовательность действия ферментов следующая:

А. ДНК-гликозилаза - АП-эндонуклеаза - ДНК-полимераза - ДНК-лигаза

Б. ДНК-гликозилаза - ДНК-полимераза - АП-эндонуклеаза - ДНК-лигаза

В. АП-эндонуклеаза - ДНК-гликозилаза -ДНК-полимераза - ДНК-лигаза

Г. ДНК-гликозилаза - ДНК-полимераза - ДНК-лигаза - АП-эндонуклеаза

2. ДНК-гликозилазы действуют следующим образом:

А. Узнают поврежденный сахарофосфатный остов

Б. Узнают нетипичные для ДНК азотистые основания

В. Узнают разрывы нуклеотидной цепи

Г. Удаляют поврежденное азотистое основание удаляют поврежденное основание и несколько расположенных рядом нуклеотидов

3. Из предложенных выберите все верные утверждения об эксцизионной репарации:

А. Эксцизионная репапация оснований происходит в клетках человека

Б. Эксцизионная репарация оснований происходит в клетках дождевого червя

В. Эксцизионная репарация оснований происходит ежедневно

Г. Для эксцизионной репарации оснований необходима вторая цепь ДНК

Д. Эксцизионная репарация оснований может происходить без использования второй цепи ДНК

4. Онкологические заболевания, называемые также "рак" - это одна из наиболее частых причин смертности. Их причина заключается в том, что некоторые клетки организма в результате различных повреждений выходят из-под контроля и начинают неудержимо делиться и расти, образуя опухоли. Как вы думаете, какие изменения можно ожидать в клетках раковых опухолей?

А. Повышено метилирование регуляторных участков генов, запускающих деление клетки

Б. Повышено метилирование регуляторных участков генов систем репарации ДНК

В. Понижено метилирование регуляторных участков генов, отвечающих за инициацию Sфазы клеточного цикла

Г. Понижено метилирование генов, которые в случае поломок ДНК запускают процесс программируемой клеточной смерти (апоптоза)

5. Существует база данных, в которой собраны сведения о точечных мутациях, приводящих к различным заболеваниям человека. При ее анализе оказалось, что частота этих мутаций для разных аминокислот различается. То есть мутационные замены некоторых аминокислот встречаются существенно чаще других. Результаты этого анализа представлены на рис. 2 Используя информацию из задания и приложенную таблицу генетического кода, предположите, какая аминокислота мутирует наиболее часто. На рис. 2 ей соответствует красный столбик.

Выпишите название аминокислоты:

Рисунок 2. Частота мутаций различных аминокислот в генах, повреждения которых вызывают заболевания человека. Столбиками обозначены отдельные аминокислоты. Все мутации, которые приводят к болезням человека, взяты за 100%. Для каждой аминокислоты посчитан вклад мутаций в ее кодонах в общее число мутаций.

Рисунок 3. Генетический код

Использованы данные статьи "The origins, determinants, and consequences of human mutations". Shendure J., Akey J.M. Science. 2015, 349:1478-83.