Системы репарации ДНК и мутации

Regool · января 05, 2013, 23:52:45

Добрый день!
В одном из интернет споров, мой оппонент задал вопрос: почему материал для эволюции, мутации, не уничтожаются репаративной системой ДНК? Т.е. с одной стороны репаративная система сохраняет стабильность с другой допускает мутационную изменчивость, почему? Я не нашелся что ответить. Киньте ссылками, пожалуйста, или объясните развернуто. Я биолог по образованию, поэтому можно отвечать четко и строго. Спасибо.

Питер · января 06, 2013, 07:33:00

Просто потому,что никакая биологическая система - и в том числе система репарации - не работает на 100%.

AdmiralHood · января 06, 2013, 10:46:54

Здесь два существенных аспекта.

1) Во-первых, как уже было сказано, система репарации срабатывает не всегда. Как и прочие генетические механизмы, она подвержена тем же возмущающим факторам. В первую очередь это тепловой шум и воздействие химических реагентов.

2) Во-вторых, система репарации исправляет структурные, но не информационные ошибки. Скажем, если если в двойной цепочке ДНК спарились некомплементарные нуклеотиды, система репарации может это исправить. Если же, например, одна пара нуклеотидов выпала, система репарации не реагирует, так как формально структура ДНК не нарушена, а чтобы обнаружить выпадение, нужно с чем-то сравнивать, т.е. иметь под рукой образцовую ДНК, а образцовая ДНК сама подвержена мутагеннным факторам, и получается замкнутый круг.

Питер · января 07, 2013, 06:51:11

Ну насчет сравнения с оригиналом при делециях - это да, но делеция любого размера все равно возникает через возникновение одно- или двунитевых разрывов и при нормальной работе системы репарации разрывы убираются без потери нуклеотидов. А сбои репарации ведут к делеции.

Limfil · января 08, 2013, 01:00:07

говоря о мутациях к контексте систем репарации надо говорить не почему мутации остаются, а почему они остаются в таком количестве - никакая система в принципе, как тут уже сказано не может обеспечить 100% точности, более того, при повышении точности растёт и энэргозатратность системы, а также снижается вариабельность популяции которая важна для эволюционирования (чтобы было из кого отбирать при изменяющихся условиях), поэтому с одной стороны отбором отсеиваются те особи, у которых система репарауии недостаточно надёжно - в клиническом смысле это в основном болеющие раком в ранние годы или такие вещами как пигментная ксеродерма, а с другой. хотя и менее чётко отсеиваются слишком "непробиваемые".

PainKiller · января 08, 2013, 02:20:12

Цитата: Питер от января 07, 2013, 06:51:11
Ну насчет сравнения с оригиналом при делециях - это да, но делеция любого размера все равно возникает через возникновение одно- или двунитевых разрывов и при нормальной работе системы репарации разрывы убираются без потери нуклеотидов. А сбои репарации ведут к делеции.

Не всегда. Если, например, из-за рентгеновского облучения в линейной молекуле ДНК хромосомы произойдет два двунитевых разрыва возможны 3 варианта последствий:
1) Фермент ДНК-лигаза сшивает эти 3 фрагмента "правильно" тем самым возращая ДНК исходную структура до разрыва(мутация не происходит)
2) ДНК-лигаза сшивает эти 3 фрагмента, однако средний фрагмент(т.е. тот который находится между двумя разрывами молекулы) успевает развернутся на 180 градусов(происходит инверсия фрагмента)
3) Фермент сшивает только два фрагмента и в итоге образуется хромосома с делецией и ацентрическая кольцевая молекула ДНК, которая "теряется", реже образует обособленное микроядро во время деления клетки(митоза или мейоза)

AdmiralHood · января 08, 2013, 06:08:28

Цитата: Limfil от января 08, 2013, 01:00:07
при повышении точности ... снижается вариабельность популяции которая важна для эволюционирования (чтобы было из кого отбирать при изменяющихся условиях), поэтому с одной стороны отбором отсеиваются те особи, у которых система репарации недостаточно надёжна ..., а с другой, хотя и менее чётко, отсеиваются слишком «непробиваемые».

К реплике г-на Лимфила хочу добавить ещё более забавные факты. У многих организмов существует адаптивная система репарации. А именно — а ДНК закодировано несколько модификаций белков-репараторов. Основной (работающий по умолчанию) белок-репаратор пропускает ошибку с минимальной вероятностью. Но в некоторых критических обстоятельствах (например, дефицит питания, неблагоприятная среда) активизируется модифицированный белок-репаратор со слегка покорёженой пространственной структурой, который допускает в разы больше ошибок, чем основной. Таким образом неблагоприятных ситуациях ускоряется процесс мутации, дабы интенсифицировать эволюционный процесс.

Питер · января 08, 2013, 08:43:02

Два двухнитевых разрыва на близком расстоянии - это высокая доза ионизирующего излучения как правило. Но опять же система репарации - если все хорошо, то сразу после разрыва в место разрыва рекрутируется соответствующий гистон, который фосфорилируется и который как бы стягивает две стороны разрыва до подхода лигазы. Вот если разрывов слишком много - то гистона просто стерически не хватает и тут уже начинается свитстопляска.
Да, ДНК полимераза йота у млеков просто внаглую генерирует ошибки в ДНК - причем она вполне активна в семенниках.

алексаннндр · января 08, 2013, 16:51:42

А я говорил! Про сперматозоиды как фабрику изменчивости!

василий андреевич · января 12, 2013, 14:00:00

Фабриковать ошибки - это очень и очень плохо! Тут никакой ЕО не справится. Нужны "узаконенные" ошибки в точно рассчитанных рамках в нужном месте, в нужное время. Потому изменчивость - это стезя, которую просто включением теплового и химического шума не объяснить. Геном как-то "знает" где именно ему надо ломаться и как-то подставляет свои бока под нужные поломки.

AdmiralHood · января 12, 2013, 16:44:03

Цитата: василий андреевич от января 12, 2013, 14:00:00
Фабриковать ошибки - это очень и очень плохо! Тут никакой ЕО не справится. Нужны "узаконенные" ошибки в точно рассчитанных рамках в нужном месте, в нужное время. Потому изменчивость - это стезя, которую просто включением теплового и химического шума не объяснить. Геном как-то "знает" где именно ему надо ломаться и как-то подставляет свои бока под нужные поломки.

Тем не менее 99% с лишним мутаций почему-то приходятся на нейтральные мутации, т.е. изменения в некодирующих последовательностях ДНК и синонимические замены аминокислот. Похоже, геном не очень-то «знает», где именно ему ломаться. Да и как вы себе представляете «подставление боков» под быстролетящую космическую частицу или под УФ-излучение?

P.S. А из оставшегося 1% мутаций большая часть — вредные. Опять же, непонятно... Похоже, геном по натуре не эгоист, как утверждал Докинз, а мазохист :~)

Limfil · января 13, 2013, 01:37:16

Цитата: василий андреевич от января 12, 2013, 14:00:00
Тут никакой ЕО не справится.

да нет почему же - если ошибок не слишком много и доля тех, кто не пробит летальными и сублетальными мутациями довольно велика - ну скажем десятки процентов, то всё прекрасно. коль скоро такой высокой доли у организмов не наблюдается, то и проблем нет никаких

Цитата: василий андреевич от января 12, 2013, 14:00:00
Нужны "узаконенные" ошибки в точно рассчитанных рамках в нужном месте, в нужное время.

всё-таки эта погоня за неслучайностью в эволюционном учении порой поражает у иных товарищей - ну откудо такое яросное не-признание случаноит как основго фактора?

Цитата: василий андреевич от января 12, 2013, 14:00:00
Геном как-то "знает" где именно ему надо ломаться и как-то подставляет свои бока под нужные поломки.

в геноме в самом деле есть "горячие пятна" - там, где мутаций больше, чем в других местах, и это возможно в самом деле следствие "опыта" - то есть те организмы, у которых системы репарации хуже работали именно в этих местах (видимо вследствии особенности укладки ДНК) с большей вероятностью породили нужные мутации в нужное время и их потомки выжили, однако в какой-то момент всё равно всё должно было быть случайно

алексаннндр · января 13, 2013, 15:12:10

Я бы сказал, что одного вероятностного случайностного механизма мало.
Ну- дорогу осилит идущий, будем изучать, познавать, узнаем что-нибудь.

василий андреевич · января 13, 2013, 16:08:33

Цитата: Limfil от января 13, 2013, 01:37:16
всё-таки эта погоня за неслучайностью в эволюционном учении порой поражает у иных товарищей - ну откудо такое яросное не-признание случаноит как основго фактора?

Цитата: AdmiralHood от января 12, 2013, 16:44:03
Тем не менее 99% с лишним мутаций почему-то приходятся на нейтральные мутации, т.е. изменения в некодирующих последовательностях ДНК и синонимические замены аминокислот. Похоже, геном не очень-то «знает», где именно ему ломаться. Да и как вы себе представляете «подставление боков» под быстролетящую космическую частицу или под УФ-излучение?

Тут такое дело, что ежели, как молитву, повторять СМ+ЕО, то таковая "ширмочка" от собственных вопросов меня не защищает.
Как упростить геномную модель, что бы, выливая "святую воду" не выплеснуть ребенка? Один из вариантов - это учинить разборки со случайностями. Возьмем крупную "ветвистую" молекулу с тепловыми колебаниями. У такой молекулы должны быть "тупики"-резонаторы, куда перераспределяется случайное сверх колебание. Именно этот участок "знающая молекула" подставляет под разрыв связей, именно здесь будут сосредоточены очаги мутаций, как мусорно-допустимые. Именно здесь надо ждать всяческих "удвоений-нарушений", которые ведут не столько к усложнению, сколько к загрязнению хламом. От хлама избавляться - это уже не случайности, в частности, репарации что-то отсекут, что-то оставят по своему закону.
И тут поджидает главный вопрос по "закону". Как ДНК отличит старый хлам от нового? А так что хлам тоже рвется на части, а части хаотически сростаются и тоже рвутся по свим ослабленным местам. Вот тут и вступит "законность" сложения из нейтрального хлама единственно необходимого. И вот это-то необходимое на генетическом уровне и будет направляться в природу через последний форпост - ЕО.

П.С. Адмирал, помните наш разговор о естественном распаде? Так вот, если распадается каждая "хламовина" по своему градиенту (не важно какому), то остатки от всех хламов сольются в закономерной точке нового признака.

Micr · января 13, 2013, 16:38:25

Цитата: AdmiralHood от января 12, 2013, 16:44:03
Тем не менее 99% с лишним мутаций почему-то приходятся на нейтральные мутации, т.е. изменения в некодирующих последовательностях ДНК и синонимические замены аминокислот. Похоже, геном не очень-то «знает», где именно ему ломаться. Да и как вы себе представляете «подставление боков» под быстролетящую космическую частицу или под УФ-излучение?

P.S. А из оставшегося 1% мутаций большая часть — вредные. Опять же, непонятно... Похоже, геном по натуре не эгоист, как утверждал Докинз, а мазохист :~)

AdmiralHood, если не затруднит, прокомментируйте пожалуйста:
http://www.infox.ru/science/lab/2012/09/06/Uchyenyyye_ryeabilit.phtml
http://antropogenez.ru/interview/542/

этот вопрос в другой теме уже поднимался, но никто ничего не сказал