Что такое синтез DNA? Его значение для развития рака

Синтез DNA — создание копии DNA

Клетка — наименьшая живая структурная единица организма. Управляющая молекула клетки, DNA, несет всю генетическую информацию, полученную от родителей. Для формирования этой информации DNA содержит систему, состоящую из нуклеотидов. Эти нуклеотиды состоят из оснований аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) или тимина (T), 5-углеродного сахара и фосфатной группы. Последовательности нуклеотидов в разных сочетаниях образуют генетическую информацию. Благодаря этой генетической информации производятся одни из молекул, необходимых для жизненных функций организма, — белки . Белки выполняют множество разнообразных задач: от синтеза DNA до производства гормона инсулина. Во время деления клеток необходимо сохранение генетической информации . Деление клеток — биологический процесс, необходимый для роста, заживления ран, образования новых клеток крови и других задач. При делении необходимо создать копию DNA и передать эти копии двум отдельным клеткам. DNA — спиральная структура из двух цепей, содержащих нуклеотиды. Нуклеотиды образуют пары гуанин–цитозин и аденин–тимин. Процесс создания копии DNA называется синтезом DNA . При синтезе DNA генетическая информация делящейся клетки должна копироваться в точности.

Синтез DNA — полуконсервативная модель. То есть половина цепи DNA старая, а другая половина представляет собой вновь образованную цепь DNA.

Синтез DNA начинается с размещения различными белками фермента хеликазы в синтезируемой области, чтобы он разделил двойную цепь DNA с использованием ATP. Сразу после размещения хеликазы и начала раскрытия цепи в открытую область приходит DNA-полимераза . Этот фермент удлиняет новую цепь DNA в определенном направлении, используя старую как матрицу (в направлении 5’ >> 3’). Поскольку направление синтеза одной из новых цепей — 3’ >> 5’, DNA-полимераза не может синтезировать эту область: она синтезирует DNA только в направлении 5’ >> 3’. Для решения этой проблемы на 3’-конце фермент праймаза через определенные интервалы синтезирует RNA праймеры. Благодаря этим RNA-праймерам полимераза может синтезировать и эту цепь в направлении 5’ >> 3’. Однако после этого DNA-полимераза не может соединить участок DNA между двумя RNA-праймерами. Этот отдельный фрагмент называют фрагментом Оказаки . За его соединение отвечает фермент лигаза . Возникающее перед областью синтеза напряжение, обусловленное спиральной структурой DNA, устраняет топоизомераза . Этот процесс продолжается от области начала до области завершения синтеза.

Почему понимание синтеза DNA важно для рака?

Во время синтеза DNA фермент DNA-полимераза не всегда правильно соединяет основания. У нее есть механизм исправления ошибок. Несмотря на этот механизм, в нормальной клетке человека частота ошибки — одна на 10 миллиардов (по расчетам, в организме 37 триллионов клеток человека, и ежедневно из каждых 300 клеток делится 1). Ошибки в нуклеотидах называются мутациями в генетическом материале.

Из-за возникших мутаций белок, производимый соответствующим участком гена, может измениться, а его производство — подавляться или усиливаться. Если этот участок — протоонкоген, то есть кодирует белок, способный вызывать развитие рака, в результате мутации он становится онкогеном (активным для развития рака). Например, если возникает мутация, усиливающая производство белка Myc, участвующего в одном из путей синтеза DNA, это может запустить развитие рака. С другой стороны, если мутация инактивирует белок Retinoblastoma — ингибитор того же пути, — это тоже может запустить развитие рака. Так даже малейшая ошибка в кажущемся простым синтезе DNA в сочетании с длительно накапливающимися мутациями может привести к раку. Большинство применяемых сегодня в клинике химиопрепаратов нацелено на синтез DNA раковых клеток.