Oprava DNA: Porovnání verzí

'''Oprava DNA''' je označení pro jakýkoliv mechanismus, který je schopen v poškozeném řetězci [[DNA]] obnovit původní pořadí [[nukleotid]]ů („písmen genetického kódu“). Takové poškození, které může být způsobenou např. jednou nebo několika [[mutace]]mi nebo modifikací [[nukleová báze|bází]], by jinak mohlo mít za následek poškození [[sekvence DNA|genetické informace]] buňky.<ref name="dictionary">{{citace monografie| titul = A Dictionary of Genetics, Seventh Edition | autor = ROBERT C. KING; WILLIAM D. STANSFIELD; PAMELA K. MULLIGAN | vydavatel = Oxford University Press| rok=2006}}</ref> Poruchy opravy DNA mohou mít někdy za následek např. [[rakovina|rakovinné bujení]].

[[Replikace DNA]], tedy kopírování DNA, které musí předcházet [[buněčné dělení|buněčnému dělení]], je choulostivý proces, při němž je potenciál vzniku chyb v genetickém materiálu. To, že je nakonec tato chybovost pouze jedna chyba na miliardu bází (1/10⁹),<ref name="essential">{{citace monografie| příjmení=Alberts | jméno=Bruce| spoluautoři = et al| vydání = 2 | titul = Essential Cell Biology | vydavatel = Garland Science| rok=2004 | místo=New York}}</ref> je zásluhou kontrolních mechanismů během replikace i po ní.

Přímo při replikaci by mohlo docházet k tomu, že se k sobě navážou dvě báze, které nejsou [[komplementarita|komplementární]], tedy [[adenin]] k [[cytosin]]u a [[guanin]] k [[thymin]]u. Díky speciálním vlastnostem [[DNA polymeráza|DNA polymerázy]] je taková chybovost pouze jedna chyba na deset milionů bází (1/10⁷).<ref name="essential" />

Schopnost samotné DNA polymerázy opravovat špatně přiřazené báze se označuje jako [[proofreading]] (doslova „kontrolní čtení“). Jak tento enzym postupuje po řetězci a přidává na základě komplementarity jednotlivé nukleotidy, vždy předtím, než tento nukleotid přiřadí, zkontroluje, že navázání předchozího nukleotidu odpovídá plně zákonům komplementarity (tedy že k A je přiřazeno T, k G je přiřazeno C). Pokud je tam chyba, polymeráza je schopná opět narušit [[fosfodiesterová vazba|fosfodiesterovou vazbu]] a vložit na tomto místě nukleotid správný. Můžeme říci, že je DNA polymeráza schopná nejen 5'-3' [[polymeráza|polymerační]] aktivity, ale navíc praktikuje i 3'-5' [[exonukleáza|exonukleotické]] procesy. Proofreading je zřejmě důvod, proč DNA polymeráza kopíruje DNA jen ve směru 5'-3' – jinak by nemohla provádět proofreading.<ref name="essential" />

U bakterií se na opravě DNA různým způsobem podílí hlavně [[DNA polymeráza I]] a [[DNA polymeráza II]].<ref name="dictionary" />

Po ukončení replikace dané části řetězce následuje ještě jedna korekce správného párování bází (tzv. ''mismatch repair''), která dokáže odhalit mnoho chyb zanedbaných komplexem [[DNA polymeráza|DNA polymerázy]]. Právě díky ní je výsledná chybovost pouze 1/10⁹.<ref name="essential" /> Příkladem chyby je například stav, kdy se naproti guaninu připojí báze adeninová, ačkoliv by tam měl být podle všech pravidel [[komplementarita|komplementarity]] cytosin. V tom případě je specializovaná skupina enzymů schopná rozeznat řetězec původní (templátový, ve zmíněném případě ten řetězec s guaninem) od řetězce právě dosyntetizovaného. To je zásadní, jinak by totiž nebylo jasné, jaká z bází (zda guanin nebo adenin) je [[bodová mutace]], a jaký je výchozí stav.<ref name="essential" />

Každá učebnice pojímá klasifikaci opravných mechanismů jinak, tento je založen na knize Biochemistry od Donalda a Judith Voetových.<ref name="voet">{{citace monografie| příjmení = Voet | jméno=Donald |příjmení2= Voet |jméno2=Judith | titul = Biochemie | vydání = 1. | vydavatel=Victoria Publishing| místo=Praha| rok= 1995| isbn= 80-85605-44-9}}</ref>

Do této skupiny opravných mechanismů patří například [[fotolyáza]], [[enzym]], jenž je schopen opravit chyby způsobené paprsky [[ultrafialové záření|ultrafialového (UV) záření]]. UV záření je schopné spojit vazbou dvě sousední [[thymin]]ové báze, čímž vzniká tzv. [[thyminový dimer]] (někdy však podobná situace může vzniknout i s [[cytosin]]em). Fotolyáza se naváže ve tmě na thyminový dimer a poté ve dne absorbují její [[kofaktor]]y [[Flavinadenindinukleotid|FADH₂]] a [[pterin]] světlo, čímž dojde k aktivaci enzymu a k rozkladu thyminového dimeru.<ref name="voet" />

Opravy jiných typů poškození DNA je schopná také [[06-methyl-guanin-DNA-methyltransferáza|0⁶-methyl-guanin-DNA-methyltransferáza]]. Tento protein je schopen opravit báze [[06-methylguanin|0⁶-methylguanin]] a [[06-ethylguanin|0⁶-ethylguanin]], které vznikají [[alkylace|alkylací]] [[guanin]]u např. po jeho vystavení [[alkylační činidlo|alkylačním činidlům]], jako je [[MNNG]].<ref name="voet" />

Vyštěpovací či také [[ekcize|ekcizní]] typ oprav (z angl. ''excision repair'') představuje další možnost, jak opravit poškození ultrafialovým světlem. V tomto případě je pomocí speciálních enzymů (jistých [[endonukleáza|endonukleáz]]; konkrétně [[UvrABC–endonukleáza|UvrABC–endonukleázou]]) vyštěpen z molekuly DNA [[oligonukleotid]] (jednovláknový řetězec dlouhý několik [[nukleotid]]ů) obsahující [[pyrimidin]]ové [[dimer]]y (cytosinové či thyminové). Následně jsou (u bakterií zřejmě [[DNA polymeráza I|DNA polymerázou I]]) syntetizovány předtím odstraněné nukleotidy. Poruchy v těchto ekcizních mechanismech mohou vést k onemocnění [[xeroderma pigmentosum]].<ref name="voet" />

Jindy se díky vyštěpování mohou v DNA opravovat chyby vzniklé např. samovolnou [[deaminace|deaminací]] ([[adenin]]u na [[hypoxantin]] či [[cytosin]]u na [[uracil]]), [[methylace|methylací]] či samovolné otevření cyklických molekul nukleových bází. Tzv. [[DNA glykosyláza|DNA glykosylázy]] jsou ve spolupráci s [[AP endonukleázoa|AP endonukleázou]] a [[DNA polymeráza]]mi schopné tento typ chyb opravit. Příkladem je [[uracil-N-glykosyláza]], která z DNA odstraňuje [[uracil]]ové báze, které do DNA vůbec nepatří, a nahrazuje je [[cytosin]]em.<ref name="voet" />

Rekombinační (protože připomíná [[crossing-over|rekombinaci]]) nebo také postreplikační typ oprav spočívá v tom, že pyrimidinové dimery vzniklé účinkem UV záření, jako je dimer thyminový, působí vážné potíže při [[replikace DNA|replikaci DNA]]. Pokud DNA polymeráza replikující genom dojde na místo, kde je např. thyminový dimer, přeruší zde polymeraci a toto místo přeskočí. Taková mezera však musí být zacelena, a to nejlépe podle vzoru v podobě druhého rodičovského vlákna, které již mezi tím bylo replikováno. U ''[[E. coli]]'' toto zajišťuje nukleáza [[RecA]], která vystřihne odpovídající část DNA z rodičovského vlákna a přesune ho na druhou část [[replikační vidlice]], kde se řetězec zabuduje do dceřiného vlákna.<ref name="voet" />

U bakteriálních buněk, různými způsoby silně poškozených, dojde k utlumení [[buněčné dělení|dělení]] a místo toho se posílí opravné mechanismy. Nukleáza [[RecA]] v tom případě aktivuje celou řadu proteinů podílejících se na SOS odpovědi. Jedná se však o značně nedokonalý proces, který slouží jako „poslední záchrana“, neboť při tomto procesu dochází k četným chybám.<ref name="voet" />