РЕПАРАЦИЯ
в генетике, особая функция
клеток, заключающаяся в способности исправлять химич. повреждения и разрывы
в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), возникающие вследствие
воздействия различных фи-зич. и химич. агентов, а также при нормальном
биосинтезе ДНК в процессе жизнедеятельности клеток. Начало изучению Р.
было положено работами А. Келнера (США), к-рый в 1948 обнаружил явление
фотореактивации (ФР) - уменьшение повреждения биологи ч. объектов, вызываемого
ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым
светом (с в е т о в а я Р.), Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и др. вскоре установили,
что ФР - фото-химич. процесс, протекающий с участием спец. фермента и приводящий
к расщеплению димеров тимина, образовавшихся в ДНК при поглощении
УФ-кванта. Позднее при изучении генетич. контроля чувствительности бактерий
к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая Р.- свойство
клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм
темновой Р. облучённых УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А.
П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтверждён в 1964 Ф. Ханавальтом
и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит
вырезание повреждённых участков ДНК с изменёнными нуклеогидами и ресинтез
ДНК в образовавшихся пробелах. Различают предрепликативную Р., к-рая завершается
до начала репликации
хромосомы в повреждённой клетке, и пострепликативную
Р., протекающую после завершения удвоения хромосомы и направленную на ликвидацию
повреждений как в старых, так и в новых, дочерних молекулах ДНК. Считается,
что у бактерий в пострепликативной Р. важная роль принадлежит процессу
генетич. рекомбинации.
Системы Р. существуют не только у микроорганизмов,
но также в клетках животных и человека, у к-рых они изучаются на культурах
тканей. Известен наследственный недуг человека - пигментная ксеродерма,
при к-ром нарушена Р. Каждая из систем Р. включает след, компоненты: фермент,
"узнающий" химически изменённые участки в цепи ДНК и осуществляющий разрыв
цепи вблизи от повреждения; фермент, удаляющий повреждённый участок; фермент
(ДНК-полимераза), синтезирующий соответствующий участок цепи ДНК взамен
удалённого; фермент (лигаза), замыкающий последнюю связь в полимерной цепи
и тем самым восстанавливающий её непрерывность.
У бактерий имеются по крайней мере 2 ферментные
системы, ведущие Р. Первая осуществляет вырезание и ресинтез на небольшом
участке в 5-7 нуклеотидов, вторая - на участке в тысячу нуклеотидов и более.
Ферменты второй системы Р. участвуют также в процессах генетич. рекомбинации.
В случае повреждений, вызванных, напр., УФ-светом, нормальная клетка кишечной
палочки способна репарировать до 2000 повреждений; клетка с выведенной
из строя первой системой Р.- ок. 100 повреждений; клетка с выведенными
из строя обеими системами Р. погибает от одного повреждения. Существуют
бактерии с исключительно активными ферментами Р. (напр., Micro-coccus radiodurans),
к-рые благодаря этому способны выживать в воде, охлаждающей ядерные реакторы.
Ферментные системы Р., как полагают, принимают
участие и в нормальной репликации ДНК, т. е. её удвоении. При репликации
материнская ДНК деспирализуется (раскручивается), что может сопровождаться
разрывами её нитей. Кроме того, дочерние цепи ДНК синтезируются в виде
небольших фрагментов. Поэтому заключит, фаза репликации - Р. всех дефектов,
возникших при синтезе ДНК. Важная функция второй системы Р.- её участие
в образовании мутаций. Под действием различных мутагенов в ДНК образуются
производные нуклеотидов, чуждые клетке. Они устраняются системой Р., к-рая
заменяет их на нуклеотиды, естественные для ДНК, но иногда изменённые по
сравнению с первоначальными. Открытие Р. ДНК привело к коренным изменениям
представлений о молекулярных механизмах, обеспечивающих стабильность генетич.
аппарата клеток и контролирующих темп мутационного процесса. С. Е. Бреслер-
Репарация в радиобиологии, восстановление
биологич. объектов от повреждений, вызываемых ионизирующими излучениями.
Р. осуществляется спец. ферментами и зависит от генетич. особенностей и
физиологич. состояния облучённых клеток и организмов. Изучение генетического
контроля и молекулярных механизмов Р. клеток, повреждённых ультрафиолетовыми
лучами и ионизирующими излучениями, привело к открытию Р. генетической
(см. выше).
У одноклеточных организмов и клеток растений
и животных Р. приводит к повышению выживаемости, уменьшению количества
хромосомных
перестроек (аберраций) и генных мутаций. Р. способствуют: временная
задержка первого после облучения деления клеток, нек-рые условия их культивирования
и фракционирование облучения. Так, при выдерживании дрожжевых клеток, облучённых
у-лучами, а-частицами или нейтронами в лишённой питат. веществ среде, их
жизнеспособность благодаря Р. возрастает в десятки и сотни раз, что соответствует
уменьшению относительной биологической эффективности (ОБЭ) дозы
в 4-5 раз (рис. 1). Количество повреждённых хромосом у клеток облучённых
растений благодаря Р. может уменьшаться в 5-10 раз (рис. 2).
Рис. 1. Восстановление дрожжевых клеток
от летальных повреждений, наблюдающееся при их выдерживании в среде, лишённой
питательных веществ: 1 - зависимость выживаемости от дозы при высеве клеток
на питательную среду сразу после облучения; 2 - то же при высеве через
48 ч, в течение которых клетки находились в среде, лишённой питательных
веществ; 3 - зависимость выживаемости клеток, облучённых в дозе 70 крад,
от продолжительности выдерживания в среде, лишённой питательных веществ.
Стрелками показан способ расчёта эффективной дозы. Ось абсцисс: вверху
- доза Y-лучей (крад), внизу - время восстановления (сутки); ось ординат
- выживаемость (%).
У многоклеточных организмов Р. проявляется
в форме регенерации повреждённых облучением органов и тканей за
счет размножения клеток, сохранивших способность к делению. У млекопитающих
и человека ведущая роль в Р. принадлежит стволовым клеткам костного
Рис. 2. Восстановление клеток растений
от лучевых повреждений, вызывающих хромосомные перестройки. Кривые описывают
зависимость количества повреждённых хромосом (ось ординат - %) в клетках
облучённых проростков бобов (1), гороха (2) и микроспорах традесканции
(3) от времени (ось абсцисс - часы) между облучением и делением.
Лит.: Восстановление клеток от повреждений,
пер. с англ., М., 1963; К о р о г о д и н В. И., Проблемы пострадиационного
восстановления, М., 1966; Жестяников В. Д., Восстановление и радиорезистентность
клетки, Л., 1968; Л у ч н и к Н. В., Биофизика цитогенетических поражений
и генетический код, Л., 1968; А к о е в И. Г. Проблемы постлучевого восстановления,
М. 1970; Современные проблемы радиобиологии т. 1 - Пострадиационная репарация,
М. 1970; Восстановление и репаративные механизмы в радиобиологии, пер.
с англ., М. 1972. В. И. Корогодин.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я