Нобелевская мира 2015 — за создание демократии — нац диалога — светского и ислама

Это — актуальное решение проблемы совмещения прежних светских режимов и наступающей веры — ислама, «арабской весны» и революции,  не «зеленой».

Подобно предшествующей гуманитарной НПЛ-2015 за «полифоническое звучание» (скорее страдающих, чем борющихся) Нобелевская премия мира 2015 года присуждена Тунисскому «квартету национального диалога» за будущее и  создание плюралистической демократии в Тунисе после Жасминовой революции 2011 года. Свержение диктатора тогда вдохновило «арабскую весну» и революции в Египте, Ливии, Бахрейне и Сирии — но стало единственно успешным. Тем важнее награда и причины его успеха. «Квартет», включающий независимые профсоюзы и конфедерация предпринимателей-трудодателей, объединение правозащитников и коллегия адвокатов, — это и способ выйти за установленные Нобелем «не больше трех» и «четырех частичное взаимодействие» Ферми и следующих открывателей нейтрино до НПФ-2015. И лучший, если не единственный пример мира и выхода революции 2010-х в Африке, «арабской весны», когда тысячи отправились в ИГИЛ. В прогнозах и рейтингах «квартет» не значился, опередив и фрау Меркель — дав ей время на примирение Украины и России и беженцев Европы.

“Квартет был сформирован летом 2013 года, когда процесс демократизации в Тунисе находился в опасности из-за убийств на политической почве и массового социального недовольства. Квартет организовал альтернативный, мирный политический процесс, когда страна была на грани гражданской войны“, – заявила глава Норвежского Нобелевского комитета Карин Сисилле Кулльман Фиве.

мир-2015 за тунисский диалог-Салідарнасць

Фактически  нобелевская по литературе 2015 — белорусская  Светлана Алексиевич —  женское лицо РБ стала также «за мир», если не за «экономику имени Нобеля», работу бывших гос-бюджетников на рынок Запада. Мы предлагаем ей и другим также  выдвинуть Гранина (лучше в связке с Аукуниным и Пелевиным или «производственным романом» типа Хейли) как соавтора отмеченного нобелевской 2015 «нового жанра» и возможность сохранить репутацию и свою и НК, ее выдвинувших, переводивших и популяризовавших в Швеции и на Западе.

 

«понять, куда двигаться и какие таланты поддерживать» хотели с ПП БГПБ Виктор Бабарико …поздравляя нобелевского лауреата по литературе 2015 — белорусску  Светлану Алексиевич —  женское лицо РБ — «хотелось бы, что бы через месяц, когда ажиотаж вокруг этого события спадет, мы о нем не забыли. Д.б.сформирована последовательная практика чествования и продвижения таких людей, как С.А., которые делают Беларусь узнаваемой, независимо от того, в какой сфере они заняты. Все мы будем открыто гордиться такими людьми, невзирая на их мнение по отдельным вопросам, это будет демонстрировать толерантность, договороспособность и компромиссность Беларуси, что дорогого стоит» (А.Кнырович, С-СТИ, бизнес-ангел, и Ю.Зиссер с Тут.бу также добавили, что «до сих пор о существовании нашей страны в мире или вообще не знали, или считали ее частью России…кроме «диктатура» и «хоккей» будем ассоциироваться с одним из лучших писателей современности… «нобелевкА» — это прорыв…бел.происхождение было клеймом… прибыли миллиардные» (БР 10.10.15)

В связи с вопросами Академии и рейтинга, кроме белорусских-РБ и Экономических— бедных, наших академиков Итальянских, Нобелевских 2015 г,, математиков и  связей с Библией, ПО и Кибернетики — БГУ приведем

Рейтинг вузов

(THE с 2010 года стал публиковать собственный рейтинг в партнерстве с агентством Thomson Reuters. В рейтинг THE 2015–2016 года включены результаты оценки 800 лучших университетов мира. Среди оцениваемых критериев выделяются следующие блоки: образовательная деятельность – 30%, научные исследования – 30%, цитируемость – 30%, международное сотрудничество – 7,5%, инвестиции бизнеса в научную деятельность – 2,5%. Важное значение в методике имеет академическая и исследовательская репутация университета (по данным опросов более 11 тысяч экспертов). Учитываются также соотношение студентов и преподавателей, подготовка кадров высшей квалификации (кандидатов и докторов наук), цитируемость научных трудов сотрудников и многие другие параметры.

Белорусский государственный университет, впервые вошел в 800 лучших университетов мира, после первых —  Калтеха, Оксфорда и Стэнфорда, соседей из сотни второй — МГУ (161 позиция), третьей — Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого (201–250), Томский политехнический и Казанский федеральный университет (251–300), 4-й — ядерный университет МИФИ (301–350), 5-й — Новосибирский и Санкт-Петербургский государственный университет (401–500) и 6-й — Московский государственный технический университет им. Баумана, а также Варшавский университет (Польша) (501–600).

Университет Тарту попал в ТОП-10 университетов стран развивающейся Европы — второго рейтинга QS университетов стран развивающейся Европы и Центральной Азии 2015/16 с лидерством МГУ среди 308 университетов из 20 стран региона. Второе место — Новосибирский государственный университет обогнал  чешский Карлов университет, переместившейся со второго места на третье, еще 2 чешских вуза в десятке лучших — а четвертое место занял университет Тарту, сообщает руководитель службы PR Симона Биззозеро (Simona Bizzozero).

Совет Европы критикует политику Эстонии в сфере языка и гражданства, несмотря на многоязычное население,  сконцентрированное на эстонском языке (радионовости ERR.), тогда как  первую группу знатоков английского языка возглавила Швеция  в рейтинге стран, высокого уровня достигли Эстония — 7 место и Польша — 9 место. Круглый стол: как в Латвии отмечают юбилей Сергея Есенина 21 октября 2015 года в Русском центре Балтийской международной академии, В Риге презентуют факсимильное издание Туровского Евангелия 30 октября 2015 года в 16:00 в зале Академической библиотеки Латвийского Университета (ЛУ) была презентация факсимильного издания  самого древнего книжного памятника Беларуси и одного из древнейших в Восточной Европе (XI век). Правительство Эстонии уточнило госбюджет на 2015 год 23.10.2015

 

Химия, реакции и репарации нуклеотидов и ДНК — ядра жизни — Нобелевская химия 2015

Химия в био-жизни управляется ДНК, а биология и наследственность подчиняются законам химии и используют их для своего сохранения. Как репарации (лат.восстановление), связывая основные понятия химии и жизни — реагенты (среды — вода, О2, Т и свет), субстраты и их реакции, ферменты и гены с обратимостью и обменом элементов (H-C-N-O), «простых и сложных радикалов», азотных оснований и нуклеотидов, ДНК и РНК.  Нарушения восстановления ДНК могут определять время жизни, старение и болезни — рак.

 Нобелевская этого года за восстановление ДНК (DNA. Ill: © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of SciencesDNA repair — Nobel Prize in Chemistry 2015 — Tomas Lindahl, Paul ModrichAziz Sancar о фотопериодах- см.их нобелевские лекции The intrinsic fragility of DNA: Lecture slides и на www.nobelprize.org/index.html *) может решать и загадку связи различных видов восстановления, нуклеотидов, НК и коферментов, разных разделов науки со школы.
ДНК до сих пор нет в Программе по химии, в школе изучают после Хромосом — генов в Биологии СШ, поступающих. В программах олимпиад, МБО входят и Ферменты, их номенклатура, Нуклеиновые кислоты — ДНК, РНК,  Другие важные соединения… АДФ и ATФ, НАД+ и НАДН, НАДФ+ и НАДФН, как и Метаболизм, с углеводов.- Biology. Они же — предмет многих НП. В краткий курс — учебник химии мы поэтому добавили 44. Азотсодержащие соединения с понятием нуклеотидов и НК, АТФ и их обмена. Где граница между химией и биологией?

Химия — наука между физикой и биологией и ее границы в ХХ веке показывают нобелевские, с Резерфорда  (E.Rutherford, НЛ Х 1908) и Марии Кюри (НЛ Х 11 за открытие элементов-радиоактивности, лауреату по физике 1903 г.), чаще даваемые физикам, физхимикам (с №1-Вант-Гоффа — vant HoffArrhenius, Ostwald) и  биологам, с 1907 — Бюхнера (Eduard Buchner) за открытие бесклеточного брожения,  фермента его. Химия живого или биохимия отличается реализацией из всех возможных реакций ускоряемых ферментами и их управлением ДНК, ядром клетки. Их также отметила Нобелевская по физиологии и медицине за изучение нуклеинов, Косселя (открывшего и Аденин, 1885, основание «пуринов» Фишера). Они обеспечивают реакции обмена, питания, сохранения и размножения жизни. Ее отличие — вечное как связь поколений,  «бессмертие зародышевой плазмы» (Платона-Вейсмана) и наследственные признаки — «элементы» Менделя. В ХХ веке их назвали гены, представляли как неизменные атомы (как «всегда одинакие пятна» Лукреция Кара), а их превращения подобно трансмутации алхимии (и Резерфорда)  назвали мутациями, изучали Морган и учившиеся у него, Меллер, лауреаты 1933 и 1946 годов за хромосомную теорию наследственности. Открытые ими элементы хромосом и  теломеры — концы их «химического носителя наследственности» — ДНК (Эвери…1944) со структурой двойной спирали Уотсона-Крика (1953, НЛ 1962)  были предметом нобелевских с 50-х, от коферментов — циклов Х53 (Кребса и Липмана с КоА-АТФ) и био- с 55 и полимераз 59 до 2009 г. за систему теломеразы, репарации «концов», изученной в 1980-х лауреатом ее Шостаком*. Однако Нобелевская 2015 отметила изучение более первичной репарации типа обращения гидролиза и дез-аминирования оснований (Ц-У, А — ниже) — прямой и режущей ДНК (Шанкар и Линдаль), требующей синтеза ее, ДНК-полимеразы (открытой еще Корнбергами, НПБ 59 и НПХ 2007), связанной с репликацией (Модрич —coli and human mismatch repair: Lecture slides- tumors in Lynch syndrome patients (colon, endometrial, ovarian & gastric cancers; microsatellite instability, sporadic cancers with MLH1 epigenetically silenced

DNA repair by photolyase and excision nuclease: Lecture slides  Dimer (T<>T)  UV Cofactors FAD (catalyst) Folate)

  • и др.процессами, фотопериодами, рекомбинацией и половой, делением — мейозом и раком.

Nobel Lectures in Chemistry


Nobel Lectures in Chemistry 2015 on Tuesday 8 December, 10.50 a.m.-12.40 p.m. CET.  live webcast at YouTube. If you want to webcast the Nobel Lectures on your web site, blog or social networks, get the YouTube live video player.  Join the discussions at #nobelprize.

Нобелевские лауреаты по химии нашли способы … tvkultura.ru/

7 окт. 2015 г. — американец Пол Модрич, … Азиз Санкар придумал вырезать нуклеотиды,

Связь репарации с др.процессами позволяет расширить объяснения и связи обоих сторон, например, с энергетикой, обменом и восстановлением др.видов, и более проверяемыми, экспериментом.  Повреждения и мутации мешают сохранять наследственную информацию и передавать ее из поколения в поколение, обычно вредны и летальны, но могут создавать новое в отборе и эволюции. В связи с ген-памятью они отражают забывание, а репарация — «припоминание», и могут определять старение, например, в концепции АНеРеМ Мушкамбарова — из-за несовершенства репарации, и др., в т.ч. рак. Это можно  проверить на быстрее размножающихся видах, от вирусов (мутирующих как РНК, гриппа, фагов), бактерий, дрожжей и простейших, до многоклеточных, с разными циклами, модельных как С.элеганс или паразиты био-мед-нобелевской 2015 г.

Отличие жизни от химии  — ее сохранение, и биологи (на сайте биофака www.bio.bsu.by) в Презентации — РЕПАРАЦИИ ДНК (включая типы реакций, повреждений и репарации ДНК — фото-, эксцизионная, пострепликативная, СОС, разрывов 1-2 цепей) пишут, что ДНК является единственной молекулой, которая способна к репарации — по неповрежденной цепи — матрице . Однако химия знает такие молекулы и системы и может понимать Жизнь и ее части, человека, элементы и ДНК  как  катализаторы — сохраняющихся в реакциях, путем возвращения в циклах, включая и репарацию. И если ДНК вступает в реакции, то восстановление ее можно представить как катализ (их), как у  более реакционноспособных РНК, названных рибозимами (от энзим), с «РНК-миром», отмеченных НЛ 1994 г. Более же важна прямая связь репарации НК и коферментов, как дезаминирования, А — основания п-уринов Фишера и «мочевых соединений», т.о. определяющего и азотный обмен и ряд гидролиза и окисления их через Гипо-Ксантин и ураты (с п-урина С5N4H4 — С5N4H4O1-2-3 — мочевой кислоты), в связи с восстановлением в дН и энергообменом. Отличие ДНК и РНК, неустойчивой и реакционноспособной связана, по шведам, с возможностью только у рибозы (с 3-ОН) циклической переходной формы. Ее могут использовать диэфиры и циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ) и их системы, регуляции-сигналов, дополняющие ДНК как чувства-память, как в системе лак-оперона и ген-регуляции Жакоба-Моно, НЛ 65….   аденозиндифосфат). «Чувство» и «припоминание» через цНМФ м.б. 3 функцией нуклеинов — связи материально-энергетического обмена коферментов-АТФ и информации — генов-памяти НК.

С 19 века знали и думали, что катализ осуществляют только белки и Энгельс определял жизнь как функцию белковых тел. С открытием ДНК как «химического носителя наследственности» Эвери и др. (1944) именно ее стали считать главной молекулой жизни и саму жизнь и организмы понимать как средства сохранения и размножения ДНК («эгоистичный ген», по Докинзу). С точки зрения химии их можно понимать как автокатализ (см.АНеРеМ, НиЖ №4-14), однако это размножение ограничено ресурсами и энергией катализа. Поэтому он м.б.  более первичным и также доступными нуклеиновым кислотам (НК) и определяющим многие реакции и энергетику их нуклеотидам типа АТФ, «валюты обмена». И самые простые их реакции и катализ включают  реакции с водой, общие им и гидр-оксидам-кислотам типа Фосфорных. АТФ фактически является конденсатом простейших (НСИ)5+(СНОН)5+(НРО3)3, связывающим обмен азота, фосфора и углеводов и м.б.первичным элементом автокатализа и реакций типа гидролиза-конденсации-рекомбинации полимеров их (полинуклеотидов, сахаридов и фосфатов, регулирующих заряд и электро-ионные сигналы).

Нобелевские премии по химии в течение первого десятилетия отметили и изучение кинетики и катализа — скоростей химических реакций, после Аррениуса (диссоциации) и Вант-Гоффа — Оствальда, показавшего в 1878 г., что скорость катализируемых кислотой реакций пропорциональны квадрату силы кислоты (ред.журнала   Zeitschrift für Chemie Physikalische — новой отрасли химии) и органической химии с №2 — Э.Фишера (Emil Fischer),  за «синтез сахаров и пуринов». Эти биологически важные вещества являются основой и нуклеиновых (НПБ 10 Косселя), биохимии, и других азотсодержащих, изученных Фишером далее полимерам — белков. Учитель Фишера и других лауреатов Адольф Байер   (Adolf von Baeyer, см.генеалогию лауреатов в НЛ Зюдоффа, 2013) был удостоен премии к 70-летию в 1905 году «в знак признания его заслуг в развитии органической химии и химической промышленности… .», за структуры органических красителей, циклов и ароматических соединений. В 2010 за терпены отмечен и Валлах (Otto Wallach), изучивший компоненты эфирных масел типа камфоры (а в НП по медицине 2015 — сексвитерпен артемизин из полыни, лекарства китайской алхимии и традиционной медицины) а Нобелевской по медицине — изучение нуклеинов – предмет многих последующих, изучения их строения и структуры Полингом и в Кембридже, 1950-2015 гг.

Репарации в смысле лат.восстановления могут включать самые разные реакции и связи с др., катализом не только матричным и репликацией-умножением, апоптозом-уничтожением клеток и организмов (от листопада до «феноптоза» и самоубийств), как и всеми функциями и системами. В узком смысле ее значение падало с ростом понимания, что ремонт ДНК можно заменить ее уничтожением — апоптозом с умножением других клеток, но они также связаны с репарацией (как гены ВРАС — РМЖ)

Нобелевскую премию по химии  «за исследование механизмов восстановления ДНК»[1]  2015 г. разделили Азиз СанджарПол Модрич и

швед. Томас Линдаль от Нобелевского комитета (род. 28 января 1938, Стокгольм) — шведско-британский биохимик, исследователь раковых заболеваний в аспирантуре в Принстоне (PhD, 1964-67), постдокторантуре в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке с 1969 в Каролинском институте в Стокгольме, получил диплом врача в 1971 году, научный сотрудник до 1977—  кафедры медицинской биохимии Гётеборгского университета, с 1981 года — Имперского фонда онкологических исследований в Лондоне, на пенсии с 2009 году завлаб его в Хартфордшире (Великобритании), жена — биохимик Элис Адамс (англ. Alice Adams)[2],- соавтор. Королевская медаль (2007), Медаль Копли (2010) и Нобелевская премия по химии (2015).

Он характеризовал нынешнюю ситуацию с репарацией как разорванный башмак — но для связи разных направлений исследований в НЛ «Внутренняя нестабильность ДНК» предложил только картину 4 оснований со стрелками атаки их НОН, О и СН3, не затрагивая фактически полимерную цепь, фосфорные связи и даже углеводы, хотя их  UDP- и даже слабые связи типа ГЦ при дезаминировании Ц в У сохраняется несмотря на более сильные гидролиз и окисления, путем восстановления недостающего для Г Ц. Просто разделяя стадии — гликозилаза сканирует и как тот же более сильный гидролиз съедает более слабо связанный с Г  У, а другая восстанавливает более сильную связь, согласно ТД-выгоде, естественно — вероятно, путем отбора? — подобно роли хищников как санитаров, съедающих более слабых и ускоряющих отбор -. соответствующих первообразу-матрице. Съедая основание, гликозилаза освобождает «сладкий» конец (сахар) для следующего фермента — APE Когда мутация выгодна, используя это для антигенов, соматического гипермутагенеза вар-части антител (НП Тонегава-87- со спора Бернета с Полингом- ЦДБ против химии)

Внутренняя Хрупкость ДНК Томас Линдаль Нобелевская лекция, 8 декабря, 2015 года

Стабильность ДНК-сайтов : восприимчивы к: гидролизному повреждению, окислению и алкилированиям, например метилирование по S-аденозилметионина

Лабильность ДНК (особенно депуринизации) Lindahl, Nature 1993.

Гидролитическая атака

Лабильность ДНК: Удаление аминогруппы цитозина 4 дезаминирование цитозина изменений кодирования Специфичность дезаминирования цитозина (обычно пар оснований гуанина) урацила аденин 5 спонтанных повреждений ДНК в клетках млекопитающих (количество измененных нуклеотидов в 3×10 9 п.н. геном двухцепочечной ДНК через 24 часа при 37 ° C) Гидролиз депуринизации 9000 Depyrimidination 300 цитозин дезаминирования 50 5-метилцитозин дезаминирования

5 Окисление 8-гидроксигуанин (8-oxoG) 500-1000 кольцо насыщенный пиримидинов (тимин, цитозин гликоль, гидраты) 1000 продуктов перекисного окисления липидов (М1 G, etheno-А, etheno-С) тысяча Неферментативный метилирование по S-аденозилметионина 7- метилгуанин 3000 3-метиладенин 600 1-метиладенин / 3-метилцитозин 10-20% дц 100

6 Высокая скорость распада ДНК предполагает, что ремонт механизмов должны существовать и постоянно активным в физиологических условиях

7 Ремонт лишенного основани звена сайты в LindahlNature ДНК 1993 AP эндонуклеазы фосфодиэстеразы-лигазы ДНК-полимераза ДНК

8 Восстановление базы обрезания Ремонт с очищенной белков человека урацил-ДНК гликозилаза AP эндонуклеазы фосфодиэстеразы-полимеразы лигазы Kubota и др., EMBO J тысяча девятьсот девяносто-шесть гликозилаза § ДНК удаляет поврежденную базу, создать AP сайт § первых таких фермента обнаружил, урацил-ДНК гликозилаза

9 Модель базы иссечение Ремонт в клетках человека Мол, Pankh, Putman вот и TainerAnn. Rev. Biophys. Биомол. Структуры. +1999

10 Когда повреждения ДНК является хорошей вещью: Генерация антител разнообразии Соматическая Гипермутационный урацил-ДНК гликозилаза AID Neuberger & Рады, J. Exp. Med. 2 007

11 Сайты восприимчивых к окислительному лабильность повреждения ДНК: оксидативного повреждения гуанина цитозин тимин аденин LindahlNature тысяча девятьсот девяносто три

12 окислительного повреждения ДНК: Ремонт Высоко мутагенных поражений

Лабильность 13 ДНК: Алкилирование LindahlNature 1993 года S-аденозилметионин

14 Три Механизмы, Ремонт Метилированный ДНК BasesDirect разворота повреждения 3-MEA + AP эндонуклеазы + полимеразы ДНК-лигазы + Бесплатный 3-MEA База иссечение repairAAG! 1-MEA MGMT!

15 Молекулярный механизм используется для деметилирования ДНК также используется для demethylate гистоны Окислительный деметилирования 1-MEA и 3-MEC с AlkB

16 Внутренняя Хрупкость ДНК: Группа-специфических реагентов, наносящих ущерб ДНК в клетках воды Реактивная кислорода S-аденозилметионин (SAM) Маленькие реактивных молекул — например, (55 М в клетках!) формальдегид Ø Разнообразие поражений требует разнообразия ремонта enzymesØ Многие повреждения ДНК и соответствующие системы ремонт, может остаться, чтобы быть обнаружены

17 Гамлет Как долго будет переспит я «земля ERE он гнить? Вера могильщика I ‘- он будет длиться вам около восьми или девяти лет Год выпуска: крем для загара продлится вас девятилетний. Гамлет Почему он больше, чем другой? Могильщик Почему, сэр, его шкура, так загорела со своей торговли, что Он будет держать из большой пока вода; и ваш Вода является боль decayer вашего жалкого труп

Механизмы в E.coli и ремонта человеческого несоответствия: Лекция

«Поразительные результаты»: как в Беларуси делают лекарства от рака
Читать полностью: 
http://42.tut.by/477561 Тверд- его гип как общелог – восст симметрии и начала- Бога- тео, ?- готовы ли сами к такой или какой постановке – хотя бы, что если сущ только левых ЭЧ типа нейтрино подобно

 

 

Он изучал обычные реакции НК  после  открытых ранее фотохимических. Нуклеотиды и НК прозрачны, поглощают только более энергичный свет в УФ. По закону фотохимии (Т.Гротгус, 1817) реакция может инициироваться только тем излучением, которое действительно поглощается реагирующей системой. По закону фотохимической эквивалентности (Штарк, Эйнштейн, 1912), молекула, ответственная за первичный фотохимический процесс, поглощает один квант света. Далее возможны и цепные реакции (ц.р.) с образованием многих молекул или потери энергии в результате фотофизических процессов, например люминесценции, определяет квантовый выход Ф. Если молекула реагента не поглощает фотон, поскольку ее электронный спектр находится за пределами спектрального интервала падающего света, посредник — сенсибилизатор может поглощать и передавать  энергию (т.н. фотосенсибилизация), как ароматические кетоны или био-хиноны или близкие нуклеотидам птерины и флавины (ФАД).

В качестве аккумуляторов энергии используются и физические теплоносители, и неорганические вещества, способные к циклическим реакциям термического разложения — синтеза (оксиды, гидраты, сульфаты, карбонаты), в природе же — фосфаты-эфиры. Фотохимические преобразования СЭ включают фотокаталитическое разложение воды, «солнечные фотоэлектролизеры» (фотоэлектронных переносов, гальванических), фотосинтез — как наиболее эффективный биохимический способ преобразования энергии Солнца. Химические системы, способные аккумулировать СЭ в виде энергии напряжения химических связей. Для фотохромного реагента А, продуктам В, параметрам процесса A B + DH важно поглощение в УФ и видимой частях спектра (400-650 нм) — более 50% СЭ, Фотоизомер В же не должен поглощать в этой области, чтобы избежать фотоинициирования обратной реакции, и та должна иметь значительный тепловой эффект (> 300 Дж/г).Важна и химическая устойчивость продукта фотореакции, высокая величина энергетического барьера обусловлена орбитальным запретом реакции [2s + 2s]-присоединения и может быть понижена при использовании катализаторов — соединений переходных металлов, порфириновых комплексов железа или Co(II), как в В12 и НБД-Q (где стоимость тепла — водяного пара, на порядки выше, нужно увеличение числа рабочих циклов — как катализа, повышение квантового выхода и конверсии НБД в каждом цикле (для солнечных и искусственных элементов)* См.  Эткинс П. Физическая химия. М.: Мир, 1980. Т. 2. 584 с. Вудворд Р., Хоффман Р. Сохранение орбитальной симметрии. М.: Мир, 1971. 212 с. Флид В.Р., Арансон М.В., Козырев А.Н. // ЖОХ 1992. Т. 62, 11).

В поиске мутантных форм бактерий и микроскопических грибков, производителей новых антибиотиков,  после войны в 1949 г. молодой микробиолог Альберт Кельнер в лаборатории Колд-Спринг-Харбор и Ренатто Дульбекко (получивший Нобелевскую за онковирусы 1975 г.- см.комментарии 1998),  облучая культуры стрептомицетов и бактериофагов ультрафиолетом (УФ, мутагеном Меллера), как и наш И.Ф.Ковалев на инфузориях, обнаружили, что солнечный свет  помогает им исправить повреждения. Это назвали фотореактивацией,  первым видом репарации ДНК, обратной мутациям реакции «восстановления» ген.памяти.

*Открывший фотореактивацию ДНК Кельнер из Германии в США с 1946  в Колд-Спринг-Харбор для производства антибиотиков  бактерий, подвергшихся мутациям, облучал E. coli и стрептомицеты S.griseus мутагенным ультрафиолетовым излучением. Культуры  после облучения росли то лучше то хуже и определяющим  оказалось воздействие на них солнечного света и  фотореактивация ДНК;  свет  восстанавливал молекулы, ДНК в наследственном аппарате повреждённых мутагенным излучением клеток (1949[1][2][3].

Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и др. установили, что фотореактивация — фотохимический процесс с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта. Руперт выделил экстракт фотолиазы, а его диссертант Шанкар — клонировал ее в 1978 г., но оставил на 6 лет.

При изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая репарация (Сетлоу, 1960)— свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм ее бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964 Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США), Сетлоу нашел тиминовые димеры вне  — у бактерий после облучения происходит вырезание (эксцизия) поврежденных участков ДНК с измененными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах.

Системы репарации общи всему живому, микроорганизмам и клеткам животных и человека, изучаются на культурах тканей. Наследственная пигментная ксеродерма и др.болезни — нарушения репарации.

Лауреат Азиз Санджар (род. 1946, Савур, Мардин, Турция) — турецкий и американский биохимик, в 2015 году  разделил Нобелевскую премию по химии вместе с Томасом Линдалом и Полом Модричем «за исследование механизмов восстановления ДНК»[1] родился седьмым из восьмерых детей в бедной семье (безграмотные, дали им образование[2] — мед фак Стамбульского университета , 1969). В 1971 году переехал в США[3] в магистратуру и аспирантуру по молекулярной биологии в Университете Техаса в Далласе (M.S., 1975; Ph.D., 1977)[4]. В 1977—1982 годах — в постдокторантуре в Йельском университете. С 1982 года — в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл (с 1988 года профессор, женат — биохимик Гвен Санджар — Боулз, англ. Esta Gwendolyn Boles Sancar)[5], также выпускница Университета Техаса в Далласе и профессор Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл[6][7][8]).

В  аспирантуре  облучал бактерии на чашках Петри  смертельной дозой УФ и потом фотовспышкой, за 1 мс  увеличив выживание в сто тысяч раз!). У человека фотолиазы используются для др., регуляции циклов, в криптохромах, а механизм удаления Санджара охватывает 10% ДНК, остальные выявили др.лауреаты.

За «механизмы», а не открытие репарации премию по химии 2015 разделили британец шведского происхождения Томас Линдаль(Tomas Lindahl), американец Пол Модрич (Paul L. Modrich) и американец турецкого происхождения Азиз Санджар (Aziz Sancar). Нарушение этой  системы поиска и исправления повреждений при нормальной репликации ДНК и в воздействии физико-химических агентов, связано с тяжелыми наследственными болезнями. Без нее сложные формы жизни вообще вряд ли развились бы).

Эта защита ген. информации — наследуемого («по роду» их, Быт.3 дня) детальнее анализируется на Нобел.П.сайте и в ссылках ниже

Репарация ДНК — Википедия (от лат. reparatio — восстановление) — исправления химических повреждений…  История открытия — ‎Источники повреждения ДНК :  излучение УФ и РадиацияХимические вещества и реакции — как репликации ДНК (ее побочные/ошибки), Дезаминирование — отщепление аминогруппы от азотистого основания или всего основания (от сахарофосфатного остова, как апуринизация) или нуклеотида —  типы повреждения- одиночных нуклеотидов, их пары, одно-/дву-цепочечные разрывы цепи ДНК или  сшивки между основаниями одной цепи или разных цепей ДНК или с белками и др. Репарация как обратный процесс  включает ферменты — ДНК-хеликаза — «узнавания»  изменённых и разрыва вблизи — экзонуклеаза —  удаления, ДНК-полимераза —  синтеза ДНК взамен удалённой и ДНК-лигаза — замыкания связи полимерной цепи. Типы систем ферментов  репарации — прямая, эксцизионная и пострепликативная бактерий и эукариот с Mismatch и SOS-типом

Репарация — Вик — удобнее поместить в таблицу 3х3, как группы ПС

Репарация ДНК бактерий. Системы репарации … Компенсация функций нарушенных в результате мутаций. Интрагенная …Мутация и репарация  Что такое репарация? — Аргументы и Факты АиФ.ru рассказывает о значении слова «репарация». XuMuK.ru — РЕПАРАЦИЯ — Химическая энциклопедия— восстановление первоначальной (нативной) …
репарация генетических повреждений — сойфер в.н.  В.Н.Сойфер. Репарация генетических повреждений // Соросовский образовательный журнал (1997. № 8) и в МБК Альбертса…Уотсона 5.2. Механизмы репарации ДНК

5.2.1. Надежность сохранения н-последовательностей ДНК 5.2.2. Скорость мутирования 5.2.3.  Вред мутаций и естественный отбор
5.2.4. Частоты мутаций для сохранения вида и индивида
5.2.5.  означают родственность белков
5.2.6. Без коррекции спонтанные повреждения в ДНК быстро изменили бы н-последовательности
5.2.7. Стабильность генов обеспечивается репарацией ДНК
5.2.8. Различные типы повреждений в ДНК распознаются разными ферментами
5.2.9. Клетки синтезируют репарирующие ферменты в ответ на повреждение ДНК
5.2.10. Структуры и химия двойной спирали ДНК для репарации

У бактерий  3 ферментные системы репарации, кроме первой открытой в 40-х фото- — прямая, эксцизионная и пострепликативная, м.б.и SOS-репарация (лауреат премии Ласкера Э.Виткин).   У эукариот к ним добавляется еще  (Модрич) 7. Репарация ошибочно спаренных нуклеотидов
(mismatch repair) и 8. Репарация одно- и двунитевых разрывов ДНК (около 150 ферментов).

Частота повреждения ДНК  от нескольких сотен до 1000 случаев в каждой клетке в час, каждые 9с[4]. Обычный гидролиз (х.р.замещения Азот-О) отщепляет от цепи ДНК — (СНОН)5(НРО3)п — за день 2-3 тыс.оснований  и аммиак — превращает ок.200 Ц в У, в каждой клетке человека, всего же около 50 тыс. однонитевых разрывов, более 8 тыс. окисленных и  алкилированных оснований, и еще около 100 сложных повреждений (двунитевые разрывы, межмолекулярные ковалентные сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок), но только 0.1% (1/1000) приводит к мутации.

1- Прямая репарация (ПР)— наиболее простой путь устранения повреждений в ДНК,  ферменты, в одну стадию восстанавливающие исходную структуру нуклеотидов, например, O6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераза снимает метильную группу с азотистого основания на один из собственных остатков  цистеина

2. Эксцизионная репарация (англ. excision — вырезание) включает удаление повреждённых азотистых оснований из ДНК (ЭР — excision repair):  короткую однонитевую последовательность двунитевой ДНК  и замещает их путем синтеза последовательности, комплементарной оставшейся нити. ЭР- наиболее распространенная, на распознавании модифицированного основания различными гликозилазами, расщепляющими N-гликозидную связь этого основания с сахарофосфатным остовом молекулы ДНК (специфически — модифицированных оснований оксиметилурацила, гипоксантина, 5-метилурацила, 3-метиладенина, 7-метилгуанина и т.д.). Для многих гликозилаз к настоящему времени описан полиморфизм, связанный с заменой одного из нуклеотидов в кодирующей последовательности гена и ассоциация изоформ с повышенным риском возникновения онкологических заболеваний [ Chen, 2003 ].

3-  ПостРепликР — при недостаточности ЭР после репликации  образуются одноцепочечные бреши, заполняемые в процессе гомологичной рекомбинации при помощи белка RecA.[2] (открыта в E.Coli, не способных выщеплять тиминовые димеры. Это единственный тип репарации, не имеющий этапа узнавания повреждения.

Возможно, от 80 % до 90 % всех раковых заболеваний связаны с отсутствием репарации ДНК[3].

наследственные заболевания человека  с дефектом эксцизионной репарации ДНК: Пигментная ксеродерма, Cиндром Кокэйна, триходистрофия и др.  связаны с неспособностью удалять  тиминовые димеры из ДНК, один из симптомов -онкологическое заболевание кожи.  3 типа пигментной ксеродермы: XPI, XPII, XPvar, общие
симптомы — повышенная чувствительность к
солнечному свету, приводящая к развитию рака кожи.
Тип XPI — чувствительность к УФ-свету. Дефект эксцизионной
репарации связан с отсутствием активности УФ- эндонуклеазы. Клетки  ХРI вообще не способны удалять тиминовые димеры.
В культуре клеток здоровых людей после облучения УФ-светом в дозе 10 Дж/м через 20 ч из ДНК исчезает до 90% тиминовых димеров (со  скоростью 40 000 димеров в час).
Тип XPII — чувствительность как к УФ-свету, так и к рентгеновскому, не  репарируя ДНК, имеющую
однонитевые разрывы. По-видимому, нет фермента, аналогичного ДНК-полимеразе I Е. coli.
Тип XPvar — выщепление димеров тимина идет нормально, а дефект связан с иным типом репарации — пострепликативной репарацией

Табачный дым — с полициклическими ароматическими углеводородами, N-нитрозаминами,
гетероциклическими аминами, альдегидами, катехолами и др., частиц (так называемых реактивных окислительных метаболитов), которые генерируют образование свободных радикалов и
окисление липидов, повреждающих ДНК; Активация NFkappaB, приводящая к стимуляции многих
клеточных процессов, в том числе – пролиферации,  антиапаптозу и др.

  1. Нобелевская премия по химии присуждена за починку ДНК // Lenta.Ru
  2. С. Г. Инге-Вечтомов. Генетика с основами селекции. — Москва: Высшая школа, 1989
  3. А.С.Коничев, Г.А.Севастьянова. Молекулярная биология. — Москва: Академия, 2003. 
  4. Michael M. Vilenchik and Alfred G. Knudson, Jr. (2000). Inverse radiation dose-rate effects on somatic and germ-line mutations and DNA damage rates. PNAS May 9, 2000 vol. 97 no. 10 5381-5386

эфир Эхо Москвы 09 октября 2015, 16:08 ….. К. Северинов― о нобелевской- репарации 

 клетка исправляет ошибки репликации ДНК во время деления клеток- снижает их в 1000 раз, дефекты ведут к наследственному раку толстой кишки. 80-90% раковых заболеваний связаны именно с поломками в ДНК, мутациями.

 Георг Мюллер получил Нобелевскую премию 1946 г. за то, что показал, что излучение повышает частоту мутаций, в 1953 году Уотсон и Крик опубликовали свою знаменитую модель двойной спирали. …сличение оригинала и копии позволит вам определить эти ошибки. ..репликации. изучал Пол Модрич  с ферментом репликазой… рвётся. И три разных способа, как можно лечить такого рода мутации, возникающие или в случае репликации, переписывания (это Модрич), или Санкар и Линдаль в случае хранения, но там два разных типа. облучения светом- Санкар. А другие из естественной порчи ДНК. буква Ц, нестабильна. Она с ощутимой частотой превращается в неправильную букву У. …. в целом из тысячи молекул цитозина одна всегда будет в форме урацила. размер нашего генома 3 млрд букв. ¼ У…  крем от загара действительно блокирует ультрафиолет. … чтоб в ДНК не возникали мутации. …в перспективе, например, терапии, которые понижали бы эффективность ¬репарации в раковых клетках. В раковых клетка репарация – это плохо, облучаем, размножаются, то мутации для них более значимы. Помрут Второй вариант –антидоты от радиоактивной лучевой болезни могли бы стимулировать репарацию в целом. Есть кое-какие. 75% нашей ДНК – вообще не гены, но непонятно что. Мут.двадцать генов м.привести к раку. … Система репарации ДНК у бактерий и у нас с вами, в общем, одна и та же. … сотни генов в клетке, продукты которых заняты починкой ДНК. И это непересекающиеся пути. …активность одного из них маскирует активность другого,

химия ДНК такая. различные канцерогены  просто химически модифицируют ДНК, они просто присоединяются, например, какой-нибудь бензопирен, и становится плохо, ДНК не сможет быть реплицирована, клеточное деление нарушится. Или  ДНК просто рвётся на две части. Бывает такой случай, когда хромосома разорвалась на две части. В клетке есть специальные механизмы, которые называются «репарация концов». их соединить, ничего не перепутать- В начале 1980-х  открыл этот механизм репарации Джек Шостак, но получил Нобелевскую премию в 2009 за теломеразу -тоже поддерживающую гомеостаз или постоянство нашей ДНК и тоже концов. У бактерий таких проблем нет — репликации концов – т.к. наша ДНК в отличии от их круговой линейна,  имеют начало и конец, как первая и последняя страница книги (1а– как любые  крайние скорее портятся и ) не реплицируются. ещё раз копируете, со второй и предпоследней, теряется. И так далее, клетка борется с этим, придумав теломеры… затычки на хромосомах. В случае аналогии с книгами это просто 20-30 пустых страниц (1а- или строк, известных, последовательностей ЦТТ)

Нобелевку по медицине присудили за объяснение старения клетки

Хромосомы человека (сиреневые) и их теломеры (красные) (иллюстрация University of British Columbia).

Теломеры не могут соединяться с другими хромосомами или их частями и выполняют защитную функцию. В каждом цикле деления теломеры укорачиваются, из-за того что ДНК-полимераза не синтезирует копию ДНК с самого конца. В результате происходит так называемая концевая недорепликация, и биологическое старение клетки.

Теломераза – фермент, обнаруженный Грейдер и Блэкбёрн в 1984 году, при помощи собственной РНК-матрицы достраивает теломерные повторы и удлиняет теломеры, компенсируя таким образом концевую недорепликацию. Старение клетки откладывается.

Paul Ehrlich and Ludwig Darmstaedter Prize. На фото  с бюстом Пауля Эрлиха (Paul Ehrlich) в марте 2009 года ….в случае ракового заболевания активность теломераз слишком высока, из-за этого опухоли разрастаются очень быстро….. врождённая апластичная анемия (congenital aplastic anemia) определяется слишком низкой активностью фермента, вследствие чего в организме недостаточное количество стволовых клеток костного мозга развивается (дифференцируется, делится) в эритроциты. …фундаментальный механизм поможет в создании методов лечения некоторых болезней. Читайте о лауреатах Нобелевской премии по медицине 2008, 2007, 2006, 2005, 2004 и 2003 годов

В РФ отдел Ланцова и Бреслера в Политехническом университете, в Новосибирске. Ольга Лаврик —  в России с наукой не хороша и с биологией …Линдаль – швед, турки строят несколько больших биологических центров.

 

Репарация днк и ее роль в канцерогенезе — Российский …

www.rosoncoweb.ru/library/congress/ru/09/21.php Поскольку у большинства больных ПК образуется рак кожи, репарация …Наследственный неполипозный рак кишечника (ННРК …: причины, диагностика, …Репарация ДНК в неспаренных основаниях уменьшает ошибки …

ПОЧЕМУ ПИТАНИЕ МОЖЕТ ОСТАНАВЛИВАТЬ РАК … www.onkonature.ru/2015/…

2 марта 2015 г. — Таким образом, пути репарации ДНК и клеточного цикла, КПП, элементы … Рак Chemoprotection программы, Linus Pauling Institute, 307 …

FAQ: Изменения генома при раке — ПостНаука

После открытия «химического носителя наследственности» в ДНК (Эйвери и др., не отмеченные нобелевской) с сер.ХХ века верили, что ее молекулы  практически не меняются на протяжении всей жизни организмов. Биохимик Томас Линдал (1938-) в Каролинском институте показал, что в нуклеиновых кислотах — и нестойкой РНК и  ДНК постоянно накапливаются дефекты — и должны существовать естественные механизмы «починки» молекул. В 1974 году он нашел фермент, который убирает из ДНК поврежденные кусочки цитозина (это нуклеиновое основание легко теряет аминогруппу, и вместо гуанина в Г-Ц начинает склеиваться с аденином, как А-Т). В 1980-90-е в Великобритании он описал работу гликозилаз (группы ферментов, работающих на первом этапе ремонта ДНК) и смог воспроизвести этот процесс (эксцизионная репарация) в лабораторных условиях.

Молекула ДНК как носитель наследственности— основа жизни на Земле, согласно теории эволюции (СТЭ) — способна приспосабливаться к новым условиям жизни, но за века, и число мутаций на протяжении жизни клетки, должно быть ограниченным. Считалось, что если бы мутации были многочисленными, то «роды» и сложные многоклеточные организмы попросту не могли бы существовать.

В начале своей карьеры Томас Линдаль занимался исследованиями РНК — «собрата» ДНК, которая кодирует генетическую информацию и участвует в синтезе белков. Он заметил: во время экспериментов с изменениями температуры РНК очень быстро деградировала. Линдаль задался вопросом: насколько стабильной в таком случае является молекула ДНК? Через несколько лет он выяснил, что ежедневно человеческому геному наносятся тысячи потенциально опасных повреждений, что по представлениям того времени было  несовместимо с существованием человека. Он пришел к выводу, что в таком случае организм должен обладать особыми системами, обеспечивающими постоянную «починку» генетического кода.

 Еще Платон писал, что все и тело и память сохраняются только путем обновления и упражнения, но их с Ламарка и Лысенко считали больше причиной изменчивости и не знали как.

В 1974 году Томас Линдаль опубликовал первые результаты своих исследований об обнаружении бактериального фермента, который «убирал» из молекулы ДНК поврежденные остатки азотистого основания под названием цитозин (Ц). Ц легко повреждается — во время копирования  склонен к потере аминогруппы, в результате чего  связывается не с гуанином, а с аденином. Изучая механизм удаления поврежденных азотистых оснований, в 1996 году Линдал воспроизвел процесс «починки» молекулы в лабораторных условиях.

Как происходит «починка» поврежденных молекул ДНК

 Кроме внешних мутагенных факторов три основных- обмен веществ на кислородном дыхании  (в митохондриях — для производства АТФ, «энергетической валюты») дает 1-10% АФК, повреждающих ДНК, большая часть — воды,  гидролизует ДНК, и  ошибки ферментов, копирования —ДНК-полимераз; количество неверно включенных нуклеотидов составляет около 300 000 на каждое клеточное деление.

Наглядно в масштабе Транссибирской магистрали количество повреждений, возникающих каждый день в ДНК каждой клетки человека, соответствует одной поломке на каждые 100 метров ЖД, нужны ремонтные группы — репарации ДНК. Из 6-8 основных ее механизмов четыре описали нынешние лауреаты

Репарация. Самый простой способ

Вернемся для начала к фотореактивации. Это один из частных примеров механизма реактивации, или прямого восстановления, при котором поврежденное звено ДНК превращается в нормальное без каких-то промежуточных шагов. В случае фотореактивации происходит вот что. Под влиянием ультрафиолетового света соседние основания тимина в ДНК могут сшиваться друг с другом и образовывать так называемые циклобутановые пиримидиновые димеры, которые очень сильно искажают структуру ДНК и не дают возможности ДНК-полимеразам копировать поврежденный участок. Бактерии же содержат фермент фотолиазу, который использует энергию видимого света для того, чтобы расщепить связи между основаниями в димере, превращая его опять в два тимина (рис. 1).

Рис. 1. Реакция, катализируемая фотолиазой

Рис. 1.Реакция, катализируемая фотолиазой. Фотон с длиной волны, соответствующей синему цвету, поглощается ферментом, и его энергия (hν) используется для расщепления тиминового димера на отдельные тимины

С исследования фотолиазы началась карьера Азиза Санджара. Нет, он не открыл ее — это сделал еще в конце 1950-х годов Стэн Руперт (Claud S. (Stan) Rupert), в лабораторию которого спустя полтора десятка лет приехал молодой выпускник Стамбульского университета. Санджар впервые клонировал фотолиазу, то есть выделил кодирующий ее ген, а потом произвел генно-инженерный белок. Природной фотолиазы в бактериях очень мало, и работа эта стала переломной для исследования фотореактивации — теперь можно было производить белок в больших количествах и изучать его всесторонне, чем Санджар долго занимался. Химики часто протестуют, когда премии в области химии дают биологам. Но надо сказать, что фотолиаза представляет собой прекрасный пример сложной химической системы, осуществляющей фотокатализ: путь энергии, принесенной фотоном, поглощенным 5,10-метенилтетрагидроптероилполиглутаматом — хромофором в составе белка — через второй хромофор (флавинадениндинуклеотид) к циклобутановому пиримидиновому димеру сейчас прослежен вплоть до квантовомеханического описания.

Вырезать и заменить

Но Азиз Санджар не ограничился фотолиазой и занялся еще и  малопонятной тогда «темновой репарацией». Бактерии, облученные ультрафиолетом, способны исправлять внесенные повреждения не только на свету — хотя нужно гораздо больше времени. Фотолиаза тут  помогает, но без нее вполне можно обойтись, работают другие ферменты.

Что в темноте тиминовые димеры постепенно исчезают из ДНК открыл в начале 1960-х  Ричард Сетлоу (Richard B. Setlow, мог бы претендовать на премию, если бы не умер в апреле этого года), а что после облучения ультрафиолетом в клетках начинается синтез ДНК  открыл Филип Ханаволт (Philip Hanawalt, в 84 года активно работает, но без премии). Три гена, которые отвечали за темновую репарацию, назвали uvrA, uvrB и uvrC (uvr — от английского «UV-resistant», устойчивый к ультрафиолету), но их  белков  в клетке очень мало.

Санджар изобрел супер-метод бактериальных «макси-клеток»,  нужного продукта при минимальном загрязнении другими клеточными белками. На рубеже 1970–80-х  им пользовались десятки лабораторий для идентификации самых разных белков, а сам изобретатель с его помощью быстро охарактеризовал белковые продукты генов uvrA, uvrB и uvrC  в комплексе, который назвали эксцинуклеазой (Excinuclease) —  вырезающем (англ.excise) кусок ДНК размером 13 пар нуклеотидов вокруг тиминового димера. Этот механизм получил название эксцизионной репарации нуклеотидов (Nucleotide excision repair, NER; рис. 2). После вырезания фрагмента, содержащего повреждение, ДНК-полимераза синтезирует нормальный участок цепи ДНК, и процесс репарации завершается ферментом ДНК-лигазой, которая восстанавливает целостность остова ДНК.

Рис. 2. Эксцизионная репарация нуклеотидов

Рис. 2.Эксцизионная репарация нуклеотидов. Эксцинуклеаза UvrABC вырезает короткий участок ДНК вокруг повреждения, геликаза UvrD его вытесняет, и образовавшаяся брешь застраивается ДНК-полимеразой

эксцизионная репарация нуклеотидов для жизни в целом гораздо важнее, чем фотореактивация. У человека и млекопитающих фотолиазу сохранили только сумчатые, а у остальных  гомологи фотолиазы, криптохромы, отвечающие за суточные ритмы (тоже открытые Санджаром). Поэтому вся репарация УФ повреждений у нас опирается исключительно на эксцизионную репарацию нуклеотидов. Белки ее похожи на бактериальные только  вырезкой и заменой ДНК. Дефекты эксцизионной репарации нуклеотидов вызывают тяжелейшее наследственное заболевание — пигментную ксеродерму,  солнце приводит к ожогам, и за несколько лет развивается рак кожи или кончика языка —  на свету облизывают пересохшие губы, и  секунд без репарации достаточно для мутации и рака. Фотореактивация  специфична только для тиминовых димеров, другие повреждения ею не исправляются, а эксцизионная репарация нуклеотидов универсальна против самых разнообразных повреждений ДНК,  в т.ч.канцерогенов курения.

Но и она исправляет до 10% всех повреждений нашей ДНК. Остальное находится в ведении систем, открытых двумя другими лауреатами, также  удаляющих и повторно синтезирующих ДНК, но иначе.

 если не стыкуется

Мисматч-репарации (DNA mismatch repairmismatch англ. обозначает неправильную, неподходящую пару, мезальянс), или «репарация гетеродуплексов»/ «неканонических пар оснований»… — система исправления ошибки ДНК-полимераз, если те включают в ДНК при синтезе не те нуклеотиды, не пары A:T и G:C, а, например G:T (редко случается, т.к. ферменты не работают со стопроцентной точностью.

Большая проблема при исправлении таких ошибок ДНК-полимераз — не удалить, а как узнать неправильно включенное. Выше повреждения ДНК структурой отличались от нормальной, и их каким-то образом можно распознать. Если же оба нуклеотида нормальные, но друг другу не соответствуют — ? — какой был в исходной ДНК, в материнской цепи, а какой был неверно включен в дочернюю.

Многие бактерии решают эту проблему, маркируя материнскую цепь при помощи метильных групп, которые специальный фермент, ДНК-метилаза Dam, вводит в основания аденина (А) в последовательностях -GATC-. Сразу после синтеза ДНК эта последовательность  несколько минут остается полуметилированной —  несет метильные группы в материнской цепи, но не вновь синтезированной дочерней цепи. Этого времени системе мисматч-репарации достаточно. У человека механизм различия цепей другой и более сложный, основанный на асимметричном связывании  белков при репликации

Развитие событий после маркировки цепей метильными группами и выяснил Пол Модрич, когда, как у Санджара, были известны гены репарации (mutH, mutL и mutS) и различение материнской и дочерней цепей метилированием, но не понимали, что и как делает каждый белок в этом пути.

DNA ligase, DNA polymerase, restriction enzyme Eco RI. end of the 1970s, shifted his attention to
the enzyme Dam methylasehe stumbled over another piece of “DNA stuff” …
Dam methylase couples methyl groups to DNA. Paul Modrich showed that these methyl groups could function
as signposts, helping a particular restriction enzyme to cut the DNA strand at the correct location. However,
only a few years earlier, Matthew Meselson, a molecular biologist at Harvard University, had suggested a
different signalling function for the methyl groups on DNA.

they created a virus with a number of mismatches in its DNA. This time, Modrich’s dam
methylase was also used to add methyl groups to one of the DNA strands. When these viruses infected
bacteria, the bacteria consistently corrected the DNA strand that lacked methyl groups. Modrich and
Meselson’s conclusion was that DNA mismatch repairis a natural process that corrects mismatches that
occur when DNA is copied, recognising the defect strand by its unmethylated state.
Paul Modrich – illustrating DNA mismatch repair
For Paul Modrich, this discovery kick-started a decade of systematic work, cloning and mapping one enzyme
after the other in the mismatch repair process. Towards the end of the 1980s, he was able to recreate the
complex molecular repair mechanism in vitroand study it in great detail. This work was published in 1989.
Paul Modrich, just like Tomas Lindahl and Aziz Sancar, has also studied the human version of the repair
system. Today we know that all but one out of a thousand errors that occur when the human genome is
copied, are corrected by mismatch repair. However, in human mismatch repair, we still do not know for
sure how the original strand is identified. DNA methylation has other functions in our genome to that of
bacteria, so something else must govern which strand gets corrected – and exactly what remains to be clarified.
Defects in the repair systems cause cancer
Besides base excision repair, nucleotide excision repair, and mismatch repair, there are several other mechanisms that maintain our DNA. Every day, they fix thousands of occurrences of DNA damage caused by the
sun, cigarette smoke or other genotoxic substances; they continuously counteract spontaneous alterations to
DNA and, for each cell division, mismatch repair corrects some thousand mismatches. Our genome would
collapse without these repair mechanisms. If just one component fails, the genetic information changes
rapidly and the risk of cancer increases. Congenital damage to the nucleotide excision repair process causes Mismatch repair
When DNA is copied during cell division,
mismatching nucleotides are sometimes
incorporated into the new strand. Out of
a thousand such mistakes, mismatch
repair fixes all but one.
Faulty base-pairing
MutSOriginal strand
with methyl groups
DNA polymerase lls in the gap and
DNA ligase seals the DNA strand.
The mismatch is removed.
Two enzymes, MutS and MutL,
detect the mismatch in DNA.
The faulty copy is cut. The enzyme MutH recognises methyl
groups on DNA. Only the original strand,
which acted as a template duri

Модрич придумал элегантную систему, на образовании дуплексов между цепочками ДНК бактериофагов, отличающихся на один нуклеотид, что бы проследить судьбу неправильных пар нуклеотидов в деталях — и с изолированными белками системы репарации, и в клетках бактерий. Сразу после репликации с полуметилированными последовательностями -GATC- связывался белок MutH. Одновременно с неправильной парой нуклеотидов связываются две молекулы белка MutS (в 2000 году определили его структуру), как сложенные в молитве ладони с зажатой ДНК. Когда расстояние между MutH и димером MutS позволяет им взаимодействовать (с третьим, MutL), белок MutH превращается в эндонуклеазу,  расщепляющую неметилированную цепь в последовательности -GATC-, удаляемую в направлении связанного белка MutS от разрыва до неправильной пары оснований,  после чего недостающий участок ДНК вновь синтезируется.

Рис. 3. Мисматч-репарация

Рис. 3.Мисматч-репарация. Димер белка MutS узнает неправильную пару нуклеотидов, а белок MutH – полуметилированный участок -GATC-. Затем MutH вносит разрыв в неметилированную цепь, которая считается дочерней, и участок ДНК вплоть до неправильной пары удаляется и синтезируется вновь

В лаборатории Пола Модрича были открыты основные принципы мисматч-репарации и у бактерий, и у человека, отличаемые определением материнской и дочерней цепи. Мутации в генах, ответственных за мисматч-репарацию, приводят к развитию наследственного рака кишечника, самая распространенная причина его.

«Основная» система-

Третья система репарации — эксцизионной репарации оснований (ЭРО), по значению первая и устраняет подавляющее большинство всех повреждений — неизбежно возникающих в ДНК под действием среды, воды и кислорода, и  других. Если поломки в других системах репарации вызывают тяжкие болезни, неисправность ЭРО человека, за редкими исключениями, в заболеваниях не проявляется — дети просто не рождаются, эмбрионы гибнут на самых ранних стадиях.

ЭРО была открыта теоретически, как Нептун Леверье из возмущениям орбиты Урана. Так в начале 1970-х годов Томас Линдаль из химической реактивности ДНК (вдохновила знаменитая «Белая книга» — англ.монография «Органическая химия нуклеиновых кислот» академика Н. К. Кочеткова,  настольная во многих биохимических лабораториях мира) понял, что представление о ДНК, как химически устойчивой молекуле, изредка повреждаемой лишь ульрафиолетом, радиацией или хим мутагенами неверно — ДНК в водной среде повреждается постоянно. Выбрав две простых и легко идущих химических реакции — превращение цитозина в урацил (который в норме встречается в РНК, но не в ДНК) и апуринизацию (отщепление от ДНК аденина или гуанина), — Линдаль быстро показал, что они протекают и в изолированной ДНК, и в живой клетке. Более того, получив ДНК, в которой часть цитозина была заменена на урацил, он обнаружил и фермент, который удалял урацил в виде свободного основания — урацил-ДНК-гликозилазу (Uracil DNA glycosylases) — и новый вид репарации был открыт.

По пути эксцизионной репарации оснований происходит репарация небольших поврежденных оснований и апуринизированных нуклеотидов, которые не вносят значительных искажений в структуру ДНК и поэтому не узнаются системой эксцизионной репарации нуклеотидов. Сначала поврежденное основание узнается одним из ферментов, относящимся к классу ДНК-гликозилаз (DNA glycosylase), которые выщепляют его из ДНК. ДНК-гликозилазы обладают групповой специфичностью — некоторые удаляют из ДНК только окисленные пуриновые основания, другие — окисленные пиримидины, третьи — алкилированные основания, четвертые — урацил и т. п. После этого фермент АП-эндонуклеаза разрывает ДНК рядом с повреждением, ДНК-полимераза встраивает 1 или п нуклеотидов (так называемые «коротко- и длинно-заплаточная репарация»), и репарация завершается ДНК-лигазой, участвуют и вспомогательные белки.

Рис. 4. Эксцизионная репарация оснований

Рис. 4.Эксцизионная репарация оснований. ДНК-гликозилаза вырезает поврежденное основание, затем АП-эндонуклеаза разрывает поврежденную цепь ДНК, а далее в зависимости от участвующей ДНК-полимеразы вытесняются один или несколько нуклеотидов поврежденной цепи с одновременным синтезом нового участка ДНК

Очевидно, реакции гидролиза общи, например, любым связям и пищеварению и в последние годы выяснилось, что природа, которая любит использовать готовые решения, приспособила эксцизионную репарацию оснований не только для ремонта ДНК. Подобно рестриктазам, открытым Арбером и ставшим основой генинженерии (НПБ-80). Ту же урацил-ДНК-гликозилазу клетки человека используют для борьбы с вирусами, в частности с ВИЧ. Специальный ферментAPOBEC в вирусной ДНК массово превращает цитозин в урацил, а урацил-ДНК-гликозилаза потом такую ДНК расщепляет. Иммунный ответ также требует участия урацил-ДНК-гликозилазы, для генерации разнообразия антител. Эксцизионная репарация оснований лежит в основе эпигенетических процессов — направленной модификации ДНК, которая регулирует активность генов. В раковых клетках некоторые пути репарации выключены — и ингибиторы оставшихся путей, главным образом эксцизионной репарацию оснований, сейчас рассматриваются как новые многообещающие лекарства в онкологии.

Множество открытий Томас Линдаль связал с обучением в лондонском Клэр-Холле (Clare Hall laboratories) половины современных лидеров в области репарации ДНК. В июне этого года в честь Линдаля была организована супер-конференция.

За рамками премии

В России основные исследования репарации ДНК ведутся в нескольких лабораториях Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в Новосибирске;  в МГУ, Институте молекулярной генетики РАН, Институте цитологии РАН в Санкт-Петербурге, Петербургском институте ядерной физики.

Репарация ДНК кроме описанной, — рекомбинационная (РР — Homologous recombination), для восстановления правильной последовательности ДНК использующая ее копию с другой хромосомы, и воссоединение негомологичных концов (Microhomology-mediated end joining), когда часть ДНК теряется, но некодирующей. Оба этих вида репарации используются, когда нужно исправить двуцепочечный разрыв ДНК. Есть системы толерантности к повреждению (Translesion synthesis), когда клетка может функционировать и даже делиться, несмотря на то, что с ее геномом не всё в порядке. Есть клеточные системы ответа на повреждение (DNA damage response), которые определяют, что клетке делать, если ее ДНК повреждена, — делиться, остановить деление и попытаться отрепарировать повреждение, умереть… Именно за эту системы в этом году амер.Стивен Элледж и Эвелин Виткин  (Stephen ElledgeEvelyn M. Witkin) получили Ласкеровскую премию (Lasker Award)* — вторую по престижности в биомедицине; часто «предвестник» и основание Нобелевской — «За открытие и исследование процесса саморепарации ДНК, основного механизма, который защищает геномы всех живых организмов.»[4][5][6] 

SOS-система была открыта и названа в 1975 году Мирославом Радманом[2]. При н.у. ее гены  подавляются репрессирующими белками LexA, связываемыми с последовательностью из 20 пар нуклеотидов в области операторов SOS-генов (SOS-бокс). Некоторые из них тем не менее экспрессируются в подавлённом виде, из-за сродства их SOS-бокса к LexA. Активация SOS-генов происходит после повреждения ДНК, а именно образования одноцепочечных участков ДНК (оцДНК) в репликационной вилке, где ДНК-полимераза блокирована. RecA формирует филаменты около этих одноцепочечных участков (процесс идёт с затратой АТФ) и таким образом активируется и взаимодействует с репрессором LexA, отделяя от оператора[3] .

Постепенно репрессия SOS-генов уменьшается в соответствии с родством LexA к SOS-боксам. Операторы, которые в меньшей степени связываются с LexA, первыми экспрессируются полностью. Таким образом LexA может последовательно активировать различные механизмы репарации. Гены с неактивными SOS-боксами (например, lexA, recA, uvrA, uvrB и uvrD) полностью вовлекаются в защитный ответ. По этой причине первым запускаемым механизмом репарации является вырезка нуклеотидов (англ. nucleotide excision repair (NER)), чьей целью является зафиксировать повреждения ДНК без вовлечения полномасштабного SOS-механизма.

Если, тем не менее, NER не удаётся зафиксировать повреждения ДНК, а концентрация LexA довольно низка, то запускается экспрессия генов с сильными LexA-боксами (например, sulA, umuD, umuC — эти экспрессируются поздно). SulA останавливает клеточное деление, связываясь с FtsZ — белком, инициирующим этот процесс. Это вызывает филаментацию (клетки удлиняются, но не делятся) и стимуляцию UmuDC-зависимой мутагенной репарации. Результатом всего этого может быть частичное вовлечение некоторых генов в ответ даже на повреждения ДНК эндогенного уровня, в то время как другие гены подключаются к ответу, лишь когда в клетке имеются крупные или не останавливающиеся повреждения ДНК.

SOS-система может играть основную роль в появлении мутаций у бактерий, вызывающих устойчивость к некоторым антибиотикам[4]. Увеличение частоты мутаций в ходе SOS-ответа вызывается тремя ДНК-полимеразами, допускающими ошибки, — ДНК-полимераза IДНК-полимераза IV и ДНК-полимераза V[4]. Ищут средства отключить SOS-репарацию, при устойчивости к антибиотикам, антибактериальным препаратам[5].

У кишечной палочки (Escherichia coli) SOS-репарацию могут вызвать различные повреждающие ДНК агенты, описанные выше антибиотики. Активацией лактозного оперона (ответственного за выработку бета-галоксидазыфермента, расщепляющего лактозу) под контролем SOS-связанного белка, можно провести простой колометрический анализ. В бактериальную клетку вводится аналог лактозы, который потом разлагается бета-галаксидазой, образуется окрашенное соединение, количество можно измерить при помощи спектрофотомерии. Со степенью повреждённости ДНК.

У E. coli, например, мутация гена uvrA, устраняющая неспособность штамма проводить полномасштабное удаление повреждённых фрагментов,  усиливает ответ на некоторые ДНК-повреждающие агенты, а  мутация гена rfa у бактерий с недостатком липополисахаридов, улучшает их диффузию  в клетку и запускает SOS-ответ[6].

*Но 94-летняя Эвелин Виткин, которая открыла первую систему координированного клеточного ответа на повреждение ДНК — SOS-ответ, пережив и мужа-психолога из наших и сына-информатика — вряд ли дождется НП, как и Вера Рубин, открывшая «темную материю» (ТМ, в 3х2 циклах расширения-сжатия Гете отвечающую семени-ДНК!). Премию Ласкера 2015 с ней разделили и терапевт моноклональных антител для борьбы с раком.»[7][5] и (Public Service) Врачи без границ «За отважные действия в ответ на кризисную ситуацию с лихорадкой Эбола в Западной Африке.»[8][5]. Хотя Нобель 2015 г. отметил и афр.»квартет» мира.

 Стивен Эллидж (59 лет) из Brigham and Women’s Hospital (клиника в Бостоне) показал, что дрожжи начинают быстрее размножаться, когда их ДНК повреждена, а Эллисон (67 лет) из Техасского университета, в терапии онкологии —  белок CTLA-4 ингибирует способность иммунной системы атаковать опухолевые клетки, спасло жизни тысячам больных меланомой.

*Bracher’s blog, ChemBark, noted that the Lasker award recognized discoveries regarding how cells sense and respond to DNA damage, whereas the Nobel  focused on repair mechanisms at the DNA level. Chemists have long complained that the chemistry Nobel too often rewards research just a bit too far outside the discipline — and this year. But David Smith, a chemist at the University of York, UK, tweeted : Химия всегда остается химией, неважно где … Nature 526, 297 (

Источники:
1) Tomas Lindahl. New class of enzymes acting on damaged DNA // Nature. 1976. V. 259. P. 64–66.
2) Tomas Lindahl. Instability and decay of the primary structure of DNA // Nature. 1993. V. 362. P. 709–715.
3) A.-Lien Lu, Susanna Clark, and Paul Modrich. Methyl-directed repair of DNA base pair mismatches in vitro // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1983. V. 80. P. 4639–4643.
4) Paul Modrich. Mechanisms and biological effects of mismatch repair // Annu. Rev. Genet. 1991. V. 25. P. 229–253.
5) Aziz Sancar, W. Dean Rupp. A novel repair enzyme: UVRABC excision nuclease of Escherichia coli cuts a DNA strand on both sides of the damaged region // Cell. 1983. V. 33. P. 249–260.
6) Aziz Sancar. Structure and function of DNA photolyase // Biochemistry. 1994. V. 33. P. 2–9.

Lahue, R. S, Au, K. G. and Modrich, P. (1989) DNA Mismatch Correction in a Defined System, Science,
245(4914), 160–164.
Lindahl, T. (1974) An N-Glycosidase from Escherichia coli That Releases Free Uracil from DNA Containing Deaminated Cystosine Residues, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 71(9), 3649–3653.

Дмитрий Жарков

 В. Н. Сойфер. Репарация генетических повреждений // Соросовский образовательный журнал. 1997.  № 8. 

Мутации, связанные с нарушением репараций и их роль … в патологии … Ф. открыта в 1948 И. Ф. Ковалевым (СССР), ФОТОРЕАКТИВАЦИЯ — с А. Келнером и Р. Дульбекко (США) … Глава XVII. РЕПАРАЦИЯ ФОТОПОВРЕЖДЕНИЙ В КЛЕТКЕ

 *

Рибозимы: репарация мутантных РНК — Биология человека

Дж.Т.Джонс (1996 г.) удалось приспособить рибозимы для восстановления ген информации РНК,  нарушенной мутациями (Рибозим интрона группы I Tetrahymena после ГМ — Аутосплайсинг транскриптов, с расщепления фосфодиэфирной связи между 5′-концевым экзоном и прилегающим к нему интроном, с удалением интрона и лигированием фланкирующих его экзонов, приводящим к восстановлению непрерывной структуры РНК. Для использования рибозимов для репарации РНК нужно с помощью генно-инженерных методов к 3′-концу рибозима присоединить вместо 3′-концевого экзона любую другую последовательность, чтобы она соединялась с последовательностью 5′-концевого экзона в  определенной точке с образованием гибридной молекулы РНК ( IGS — internal guide sequence ), в любом месте РНК-мишени ( рис. II.28 ). ..комплекс рибозима и репарированной РНК распадается и обновленная РНК вовлекается в трансляцию… для репарации мРНК гена lacZ в клетках E. coli и в культивируемых клетках животных. Точность транс-сплайсинга, направляемого рибозимом, оказалась абсолютной…Однако  Длина IGS-последовательности, определяющей специфичность взаимодействия рибозима с РНК, составляет всего шесть нуклеотидов. в РНК встречается достаточно часто (каждые 4096 оснований). Следствием этого было объединение репарирующего фрагмента РНК не только с РНК-мишенью, но и другими РНК, …а с увеличением длины области комплементарного взаимодействия между рибозимом и РНК будут возрастать прочность этого взаимодействия и, как следствие, затруднение последующего распада каталитического комплекса, что должно сопровождаться ингибированием реакции. ..перспективное направление в генотерапии .См.РИБОЗИМЫ..

Токсины, воздействующие на рибосомы, убивают клетку изнутри, расщепляя её РНК и нарушая процессы синтеза белков…. Элементы — новости науки: РНК служит матрицей 2007  в ходе репарации — починки повреждений в … репарация возможна и непосредственно на основе РНК-матриц, без …[DOC]Репарация днк часть 2 (По окончании репарации РНК-полимераза встает на место и …ДНК, РНК — возможности их репарации Постоянство числа, индивидуальность и сложность строения, авторепродукция и непрерывность в …Конец РНК мира. kuraev.ru/smf/index.php?topic=457517.30;wap2

если не будет репарации, то РНК-мир сразу же выродится — Почему нет новостей «Вирус гриппа на грани вырождения» … груз мутаций преодолевается или мощными репарационными процессами, или большим количеством копий, из которых чисто по статистике могут отбираться копии без повреждений.
т.е., угроза вырождения ~ конечному уровню мутаций / плодовитость. у бактерий есть элементарная репарация РНК, некоторые репарационные ферменты переносятся даже в РНК вирусов:
http://www.biopolymers.org.ua/archive/2010/06/ru/05.pdf
См. тж. http://cshperspectives.cshlp.org/content/2/10/a002204.full.pdf …
Вирусы включают белки защиты и их ДНК репарируется клеткой-хозяином, в окружающей среде не стабильны:  в течение месяцев явно  инфицируя — восстанавливать свою ДНК в клетке-хозяине, внутри клетки (м.б.отсюда и механизм защиты — гликозилаз — выше. Месяцы простые вирусы, содержащие короткую РНК — наименее повреждаемую.
И УФ  вирусной НК — смерть).
Споры бактерий держатся дольше, включая защитные вещества и при возобновении репарируя.
Репарация ДНК — Справочник химика 21 на ранних стадиях эволюции ДНК заменила РНК в качестве …репарации ДНК, удаляющая РНК-затравку и заменяющая ее на ДНК.

 Комментарии (22) — ремонтные ошибки и ответственны за  мутации эволюции и естественного отбора. А еще один этаж гарантии сохранения устойчивости в целом — это то, что клеток в организме тоже много, и если в одних будут какие-то ошибки, то в других их не будет (хотя при этом в них могут быть другие, свои, ошибки). Равным образом и особей в популяции тоже много, а когда их оказывается недостаточно много, то это-таки очень грозит вымиранием…

— 1а- поэтому и репарации важны скорее указанием для регуляции числа клеток и особей, более важных тем сегодня, как и связь с раком, репликацией и др.?

—повреждения генов, кодирующих белки-ремонтники — одна из частых причин возникновения онкологических заболеваний, накапливая мутации и «конкурентный выигрыш» по отношению к нормальным клеткам организма

В обзоре  Science мутаций Homo sapiens  «геномной эры» Мутагенез и репликации (размножения) молекул ДНК и  мутагенов с системами починки (репарации) ДНК,  сильно различается темпом — от вирусов (как РНК — гриппа) до человека. Мутаций гораздо больше вредных по чисто вероятностным причинам (Принцип Анны Карениной). Но  приспособление и отбор «экономичны», более точные системы репликации и репарации, дороже: громоздки, энергоёмки, мешают,  и важны полезные мутации (см.: Ранние этапы адаптации предсказуемы, поздние — случайны, «Элементы», 03.03.2015), особенно при изменениях среды,  не только в долгосрочной перспективе (тысячи и миллионы лет), но и в краткосрочной (в масштабе одного или нескольких поколений) — как в случае гипермутагенеза антител или Вирусы-мутанты помогают друг другу в борьбе за выживание, «Элементы», 14.12.2005). Люди с млекопитающими опережают большинство живых существ по темпам мутагенеза в расчете на особь за поколение (рис. 1). Проект «Геном человека»  о темпе мутаций, о закономерностях их распределения по геному, об их роли в различных патологиях (включая рак) — 1. Темп мутаций «зародышевой линии» (germline mutations), генома половых клеток, передающиеся по наследству потомкам, эволюционно важнее. — изучение родословных, врожденные патологии — «менделевские»  болезни наследуются по Менделю, потому что вызываются единичными мутациями, а не комбинациями десятков и сотен «аллелей риска» в сочетании с факторами среды, темп однонуклеотидных замен у людей был оценен в 1,28 мутаций на 100 млн пар оснований за поколение (1,28 × 10–8 на нуклеотид за поколение) (M. Lynch, 2010. Rate, molecular spectrum, and consequences of human mutation). В диплоидном геноме человека примерно 6 млрд пар оснований дают 77 новых мутаций за поколение. m = D/2t, где D — число нейтральных различий между видами, t — время жизни последнего общего предка в «поколениях назад», 2- оба вида после расхождения накапливали мутации независимо друг от друга, при правильности «молекулярных часов». Темп нашего мутагенеза был оценен в 2,2 × 10–8 замен на нуклеотид за поколение, или 132 новых мутации у каждого новорожденного — почти вдвое больше, чем показал анализ наследственных болезней (The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium, 2005. Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome). Можно и сравнивая геномы родителей с геномами их детей,  неандертальцев и других древних людей, оценивать темп мутагенеза по числу «недостающих мутаций» и отличий от общего предка …дают оценки в диапазоне от 1,0 × 10–8 до 1,2 × 10–8 замен на нуклеотид за поколение, то есть 60–72 новых мутаций у каждого новорожденного. У бактерий или дрожжей мутация может приходиться на тысячу, а то и на десять тысяч «новорожденных» (клеточных делений) (рис. 1).

У млекопитающих «под отбором» находится 5–10% генома, остальное — в основном мусор (мутации нейтральны, см.: Сравнение геномов 29 млекопитающих проливает свет на эволюцию человека, «Элементы», 05.11.2011). Следовательно, из 60–70 новых мутаций  3–7  вредны.  Избежать вырождения, то есть неуклонного накопления генетического груза (см. Genetic load. Алексей Кондрашов, Надежда Маркина.Жизнь без отбора: благо или опасность?). Кроме однонуклеотидных замен бывают еще вставки и выпадения («инделы», см. Indel), инверсии (повороты на 180°) и дупликации фрагментов ДНК разной длины, реже, чем однонуклеотидные замены, зато затрагивают большее число нуклеотидов. Каждый человек несет в среднем около трех новых мелких (1–20 пар оснований) вставок и делеций и 0,16 более крупных (>20 пар оснований).

Зная темп мутагенеза, численность населения и рождаемость, можно примерно оценить общий масштаб генетического полиморфизма современного человечества — более 1011 точечных мутаций — много больше, чем нуклеотидов в геноме! По-видимому, каждая возможная точечная мутация (кроме несовместимых с жизнью) имеется в данный момент как минимум у сотни-другой живущих на планете людей. Зарегистрированных полиморфизмов, разумеется, гораздо меньше.

2. Закономерности распределения мутаций по геному. При случайности есть механизмы повысить вероятность появления полезных мутаций (пример — соматическое гипермутирование иммуноглобулиновых генов, см.: Мутагенез в лимфоцитах — результат целенаправленного изменения ДНК и последующей «неточной починки», «Элементы», 03.09.2007) и снизить вероятность появления вредных. Частота мутирования у людей связана с временной последовательностью репликации хромосом (см. Replication timing), меньше мутаций в участках ранее реплицирующихся, как правило, в которых много генов. Чаще всего мутируют нуклеотиды Ц (цитозины), затем Г (гуанин) (см. CpG site), Ц в урацил (У) в результате спонтанного деаминирования. Однако системы репарации исправляют большинство У. Динуклеотиды ЦГ отличаются  Метилированием ДНК — Ц, деаминирования превращает в тимин — «законное» основание,  труднее.  В результате частота мутирования цитозинов в динуклеотидах ЦГ примерно в 10 раз выше нормы и свыше 16% всех аминокислотных замен, приводящих к наследственным болезням, — это замены аргинина (в таблице генетического кода 4 кодона с ЦГ кодируют Арг). Хотя транскрибируемые последовательности подвергаются более качественной репарации (см. Transcription coupled repair) и  в генах зародышевой линии, наследуемые мутации возникают реже, чем в среднем по геному. От 40 до 80 тысяч лет назад, изменился паттерн мутирования у предков нынешних европейцев,  отделившихся от предков азиатов- повысился темп возникновения мутаций в тринуклеотидах ТЦЦ (5′-ТЦЦ-3′ → 5′-ТТЦ-3′) (K. Harris, 2015. Evidence for recent, population-specific evolution of the human mutation rate). Такие мутации чаще всего возникают в клетках кожи под действием ультрафиолета,  меланомы. У европейцев кожа в ходе эволюции стала прозрачнее для ультрафиолета. Проникают и в зародышевую линию —  возможно, УФ повышает частоту мутаций данного типа и в коже, и в половых клетках способствуя деградации фолиевой кислоты, витамина синтеза ДНК. 

3. Немолодые отцы — главный источник наследственных мутаций. Установлено, что львиную долю новых наследственных мутаций люди получают от отцов и старших (У шимпанзе и людей число мутаций у потомства зависит от возраста отца, «Элементы», 18.06.2014). Около 95% вариабельности потомков по числу новых мутаций объясняется возрастом отца. У старых  сглаживается упомянутая выше зависимость частоты мутаций от последовательности репликации (replication timing), растет доля  в «осмысленных» участках генома, вредных.

С возрастом матери число мутаций в ее яйцеклетках не увеличивается, зато вероятность рождения детей с хромосомными нарушениями, такими как синдром Дауна, растет.

Заводить детей нормальных т.о.лучше в молодости, тенденция к увеличению среднего возраста отцовства и материнства дополнительно усиливает риск генетического вырождения человечества.

4. Соматические мутации и их медицинское значение. За жизнь человека клетки его тела делятся триллионы раз,  с риском соматических мутаций и между репликациями. В тканях, клетки которых делятся особенно интенсивно (например, в кишечном эпителии), к 60 годам должна присутствовать, хотя бы в одной клетке, едва ли не каждая из всех возможных точечных мутаций. Разнообразие соматических мутаций выше, чем наследственных, совместимы с жизнью всего-навсего одной клетки, а не целого организма. Не передаются по наследству, но ключ различных видов рака (см.: На пути к детальному каталогу раковых генов, «Элементы», 06.04.2015). и др. заболеваний (R. P. Erickson, 2010. Somatic gene mutation and human disease other than cancer: An update, в генах PIK3CAAKT3и mTOR вызывают гемимегалэнцефалию — одностороннее увеличение и нарушение функции одного из полушарий мозга,  риска развития эпилепсии, обширных областей коры: у пациентов с дисфункцией целого полушария мутацию могут нести лишь от 8 до 35% клеток мозга), патологий ЦНС (A. Poduri et al., 2013. Somatic Mutation, Genomic Variation, and Neurological Disease).

5. На пути к пониманию фенотипических эффектов мутаций — цель создания их полного каталога с указанием влияния каждой на фенотип, взаимного (см. Epistasis), на трех уровнях,  условно — молекулярным, медицинским и эволюционным (на экспрессию гена или функцию белка, вероятность заболеваний и приспособленность — репродуктивный успех). Вызывающие старческие болезни менее «вредны» с эволюционной точки зрения: они не скажутся на репродуктивном успехе. Ослабление функции какого-нибудь фермента может сказаться на здоровье человека в одних условиях среды, но  не проявиться в других. Полный мутационно-функциональный спектр  белка- рис. 3 АК замены на убиквитин-лигазную функцию (см. Ubiquitin ligase) регуляторного белка BRCA1, пришивая убиквитин к другим белкам, регулирует репарацию ДНК и играет важную роль в защите от рака (в т.ч. РМЖ).

 Evolution of the mutation rate 

Сигнализация для поврежденной ДНК

Как ДНК «чинит» сама себя и как связаны разрывы ДНК с генетическими заболеваниями, уточнили докторант химфака МГУ Светлана Хороненкова и… 

Эти механизмы сохранения ген.памяти и реакции на повреждение ДНК  обеспечивают и восстановление и отбор и более высокое качество ДНК перед репликацией — дупликацией предыдущей ДНК на клеточном уровне. Если поврежденная ДНК была реплицирована, то риск рака и других заболеваний значительно увеличится в результате мутаций и может привести к смерти клетки.

Система репарации включает в себя ферменты, которые отвечают за то, чтобы поврежденную ДНК каким-то образом проверить, определить «качество — соответствие» (м.б.и прошлому и  среде — ест.отбора) и спасти до того, как она перейдет в дочернюю клетку.

В системе ферментов один из путей проверки и спасения клетки — распознавание поврежденных оснований и сигнализация другим ферментам «чинить» — репарировать. Так, киназа ATM передает сигнал от поврежденной ДНК клеточной системе репарации, распознает так называемые двойные разрывы ДНК. Они опасны, потерей генетической информации.

Ольга Лаврик, член-корреспондент РАН, д.х.н., завлаб биоорганической химии ферментов Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, участвовала в конференции в Осло в июне 2015 года по работам первооткрывателя нестабильности ДНК и способности ДНК терять основания до  репарации,  воспитавшего огромную школу ученых в этой области. Неожиданным было его  внимание к неизвестным фундаментальным знаниям этой области. С чувством юмора на  последнем слайде он показал исследования прикладных областей репарации ДНК  как разорванный башмак — нужна более единая концепция и возврат к фундаменту, а не травля крыс в ходе создания нового лекарства. Нужен более магистральный путь».

Азиз Шанкар также изучал, как именно восстанавливается поврежденная клетка, с 1983 г. Однако в отличие от Линдаля Шанкар хотел выяснить, как ДНК «ремонтирует» себя после повреждений, нанесенных ультрафиолетовыми лучами (УФ). Он обнаружил и выделил ферменты, кодируемые генами под названием uvrA, uvrB и uvrC, доказал, что их работа позволяет найти «ультрафиолетовое» повреждение, сделать в ДНК «разрез» и удалить поврежденный фрагмент молекулы, обычно состоящий из 12–13 нуклеотидов. Также наблюдая в лабораторных условиях.

Родом из Турции, он проработал в США, в Университете Чапел-Хилл, так предан науке, что не терял времени на конференции, а в Чапел-Хилл делал доклад в рабочем халате и возвращался в лабораторию.

Пол Модричу удалось найти еще один механизм починки ДНК, который называется «репарация ошибочно спаренных нуклеотидов» (DNA mismatch repair). Когда на дочерней нити ДНК образуются вставки, пропуски или ошибочные спаривания нуклеотидов. Процесс репарации заключается в распознавании дефекта, определении материнской и дочерней нитей ДНК и исправлении ошибки. Удаляется обычно не только «неправильный» нуклеотид, но и часть нити ДНК вокруг него. После этого дочерняя нить ДНК восстанавливается, но уже без ошибок. В 1989 году Пол Модрич опубликовал детали процесса репарации, также в лабораторных экспериментах. Репарация ошибочно спаренных нуклеотидов сокращает количество ошибок при копировании ДНК примерно в тысячу раз.

Вопросы еще остались и науке до сих пор неизвестно, как именно организму удается отличать материнскую нить ДНК от дочерней. Этот вопрос связи поколений частиц м.б. аналогичен отмеченным НПФ-2015 осцилляциям слабого взаимодействия.

Пол Модрич хорошо знает все области репарации, сопровождая все конференции дискуссией и своими вопросами — в самую точку, независимо от его области mismatch-репарации

Азиз Санджар родился в 1946 году на юго-востоке Турции (на границе с Сирией). После диплома в Стамбуле работал сельским врачом, но в 1973 году заинтересовался биохимией. Его поразило, что бактерии, получив смертельно опасную дозу ультрафиолета, достаточно быстро восстанавливают силы после облучения синим светом в видимом диапазоне. Уже в США, в техасской лаборатории Санджар определил и успешно клонировал ген фермента, отвечающего за устранение ущерба от ультрафиолета (фотолиазы). Не вызвав интереса в американских вузах, Санджару пришлось пойти простым лаборантом в медицинскую лабораторию Йеля и открыть вторую систему клеточного ремонта после облучения ультрафиолетом. В отличие от фотолиазы, она функционирует в условиях темноты. В конце 1980-х Санджар получил постоянную должность в Университете штата Северная Каролина в Чэпел-Хилл и изучал общее и различное ремонта ДНК бактерий и человека. На популярном турецком форуме Eksi Sozluk (аналог Reddit) Нобелевскую премию Санджару  предрекали еще в 2005 году.

Пол Модрич (1946- Нью-Мексико, США) нашел способ, с помощью которого клетки исправляют ошибки в ДНК в процессе деления. Эта система обнаружения и репарации вставок, пропусков и ошибочных спариваний нуклеотидов, возникающих в процессе репликации и рекомбинации ДНК, позволяет снизить вероятность ошибок примерно на порядок — до десяти в минус девятой степени. Сейчас Модрич преподает биохимию в Университете Дьюка и является научным сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза.

Работа над ошибками по химии 2015 Линдалю (Швеция, Великобритания), Полу Модричу (США) и Азизу Санджару (Турция, США) за репарации ДНК. >>«опечатки в ДНК» (или в РНК, если геном РНКовый, как у некоторых вирусов) м.б.вредны —  белок или перестает выполнять свою функцию, или выполняет ее чуть хуже (А.С.Кондрашов, 1000+-100 заменяющих аминокислоту слабовредных мутаций postnauka.ru/faq/27820 — все мы мутанты. Роль клавиш Shift-Del, Ctrl-C и Ctrl-V могут играть, например, мобильные элементы генома. Фрагмент текста может перевернуться задом наперед (чего с типографским текстом не случается), однобуквенные опечатки возникают, когда нуклеотид в старой нити поврежден так, что при репликации распознается с ошибкой. Или фермент ДНК-полимераза, может сам сделать поправку, откусив последний нуклеотид и вставив правильный, сажает около пяти ошибок на каждые 10 тысяч букв. У нас 3 миллиарда пар нуклеотидных оснований, а копирование ДНК происходит при каждом клеточном делении.

(В РНК-мире — см. статьи М.А.Никитина в рубрике «Биогенез», «Химия и жизнь», 2013)  древние вирусы «внедрили» ДНК вместо РНК  ради ее стабильности и защитных систем хозяина—древней протоклетки: перешли в альтернативную кодировку. При небольшом размере генома и до многоклеточности ошибки репликации больше приносили пользу: пусть погибнет клетка или вирус с неудачной мутацией, другие выживут, а изменчивость — естественный отбор. У многоклеточных же мутации в отдельно взятой клетке — причина рака и старения, а изменчивость дает половые и др.перемешивания генов (о горизонтальном переносе генов в эволюции, см. «Химию и жизнь, 2015, № 9, 10). Но и бактериям нужны специальные механизмы, снижающие число ошибок в ДНК — и Нобелевские премии по химии этого года.

s20151112 work2.jpg

«Урацил — не найдено. Заменить на цитозин?»

3 С- «эксцизионная репарация азотистого основания» (base excision repair, BER), «эксцизионная репарация нуклеотидов» (nucleotide excision repair, NER), и «репарация ошибочно спаренных нуклеотидов» (mismatch repair). В 60—80-е, методами тогдашней молекулярной биологии (без GPS-смартфоном — как секстант и астролябия), Томас Линдаль в Каролинском институте (Стокгольм),  Нобелевского  земляка, в н.у. — физиологических, без воздействия канцерогенов и ультрафиолета в геноме одной клетки человека в течение дня насчитал тысячи мутаций. Например, азотистые основания, особенно цитозин, может потерять аминогруппу, давая урацил (U в РНК заменяет тимин, а комплементарен А, а не Г — ошибка). Кто-то ее чинит? Линдаль в начале 70-х открыл у кишечной палочки  фермент репарации — урацил-ДНК-гликозилазу. Он откусывает из цепи ДНК неуместный урацил, отрывая его от дезоксирибозы (excision и означает «удаление, вырезание»), другие ферменты удаляют остатки нуклеотида, и ДНК-полимераза может вставить правильный — цитозин, комплементарный гуанину в другой цепи. На РНК он не обращает внимания, — испортил бы ее урацилы. У млекопитающих есть аналогичные ферменты — целый набор ДНК-гликозилаз, вырезающих из ДНК азотистые основания, по-разному испорченные. Править или переписывать?Как удаляется и заменяется новым небольшой фрагмент нити ДНК, открыл Азиз Санджар (2-й турецкий лауреат за всю историю Нобелевской, после лит.- Орхан Памук, седьмой из октета семьи, с 1963 г. после медшколы в Стамбуле, работал врачом в турецкой глубинке, в 1973 году решил заняться экспериментальной наукой — биохимией, в Америке, со словами Джона Леннона: в Римской империи, вы хотели бы отправиться в Рим, потому что все самое важное происходит там. В лаборатории Стенли Руперта (Техасский университет, Даллас) изучая  фотореактивацию бактерий (Т-Т мешает синтезу ДНК), клонировал ген ее фермента, фотолиазы, использующей фотоны света как источник энергии, чтобы разорвать тиминовый димер. Далее в Йельском университете он занимался темновой репарацией — восстановлением бактерий после УФ-облучения в отсутствие подсветки, вырезая участок ДНК с тиминовым димером — перемещаемым из фракции ДНК с большим молекулярным весом во фракцию с малым весом. Гены чувствительности к УФ uvrA, uvrB и uvrC  расщепляют облученную ДНК. В конце 80-х Санджар получил продукты  и смог реконструировать весь процесс репарации. Оказалось, что комплекс белков UvrA, UvrB and UvrC (этот комплекс назвали красивым словом «эксцинуклеаза») вырезает фрагмент поврежденной нити. Затем ДНК-хеликаза — фермент, раскручивающий двойную спираль и разделяющий нити — удаляет вырезанный фрагмент, а ДНК-полимераза заполняет.

У человека не три белка, а более пятнадцати. Мутации их белков вызывают наследственные заболевания, как пигментная ксеродерма (откуда чувствительность к ультрафиолету и предрасположенность к раку кожи, гены человеческой системы NER).

Mismatch repair: исправленному верить

Если же ДНК-полимераза поставила не тот нуклеотид, нормальный, без повреждений, только не образует уотсон-криковской пары, надо найти исходный вариант и править по нему. Как установил третий лауреат, Пол Модрич (Университет Дюка), клетка может  отличить материнскую нить от дочерней — матрицу от копии — и выправить вторую по первой. Обратимое присоединение метильных групп к ДНК лежит в основе запоминания и чувства-хемотаксиса бактерий, эпигенетического наследования — оно регулирует активность генов, а, следовательно, и признаки организма, не затрагивая последовательности ДНК. С метилированием связаны и рак, и старение, и воздействие на организм меняющихся условий (так, на узор метилирования у человека воздействуют интенсивные физические упражнения). Метилирование у бактерий во многих отношениях отличается.

Модрич заинтересовался их ферментом метилазой Dam еще в конце 1970-х. У кишечной палочки метилированы обе нити ДНК, но пришивание CH3-групп к ДНК требует времени, так что в дочерней цепи их получается меньше, чем в материнской. Метью Мезелсон из Гарвардского университета в 1976 году предположил, что именно по метильным группам бактерия определяет время и  какая из цепей старая. В совместных экспериментах Мезелсон и Модрич подтвердили это, потеря функции метилазы повышала уровень мутаций.  К концу 80-х годов Модричу удалось реконструировать весь процесс in vitro. Белок MutS находит «мисмэтч» (mismatch) — некомплементарную пару нуклеотидов в ДНК, MutH связывается с «полуметилированным» сайтом GATC — одинаковым в обеих нитях, но в материнской с метилом. MutL связывает два эти белка,  MutH разрезает дочернюю нить, ДНК-хеликаза помогает удалить фрагмент и ДНК- полимераза синтезирует новый, правильный.  В XXI веке Модрич с соавторами реконструировал эукариотическую систему — что у нас направляет репарацию ошибочно спаренных нуклеотидов — еще предстоит выяснить; уменьшает количество ошибок, оставленных ДНК-полимеразой, с единиц на десятки тысяч нуклеотидов до единиц на сотни миллионов.

Homo sapiens с незначительно пониженной приспособленностью больше не умирают бездетными, этика также имеет огромную приспособительную ценность. Нужно научиться корректировать ошибки в геноме, избегая их опасного накопления — и в личной жизни отдельной особи, и в истории вида.  Репаративный комплекс как лекарство от старения и рака — пока  фантастика, но противораковые лекарства,  олапариб — фундаментально используют ее.

 

Обычно ХИМИЮ делят между физиками и биологами- 2015  как в  рибо-сомной — 2009  и  Г-белковой — рецепторов — 2012 между Нобелевской зелени-белков и флуоресценции— 2008 — НК-интерференции с транскрипцией-06 ДНК-РНК ДзРп-полимеразы 07 — Roger D. Kornberg — сын Артура Корнберга лауреата 1959 по медицине и физиологии с С.Очоа за то же, и  Миллиона 2014 за нанопреодоление — микро- физиков — Штефан Хелль (Stefan W. Hell), Эрик Бетциг (Eric Betzig) и Уильям Мернер (William E. Moerner) за новые методы сверхточной микроскопии, не световой, визуализацию пути отдельных молекул внутри живых клеток. претендентом 2015 считалась профессор Стэнфордского университета Каролин Бертоцци, за исследования химических реакций в живом организме, не мешающих его работе.

 

сек.1-5 — Белорусская гос.СХА baa.by/ nirs/c

  70-х Нобелевский комитет провозгласил кремний …… воздуха 70%, 16-часовой фотопериод и освещенность 2500 лк.