ДНК та геном

Метилювання ДНК — це епігенетична зміна, яка включає додавання метильної групи (-CH₃) до молекули ДНК, зокрема до атома вуглецю в положенні 5 на залишку цитозину (одного з чотирьох основних азотистих основ ДНК). Це відбувається переважно в контексті діназу цитозин-гуанін (CpG), де метильна група додається до цитозину, але метилювання може відбуватися і в інших контекстах.

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) є молекулою, яка містить генетичну інформацію для розвитку, функціонування і розмноження організмів.

ДНК-полімераза III (DNA polymerase III) — це основний фермент, який відповідає за реплікацію ДНК у прокаріотичних організмів, зокрема в бактерій, таких як Escherichia coli. Вона є однією з найбільш важливих молекул для синтезу нових ланцюгів ДНК, зокрема для лідируючого ланцюга в процесі реплікації ДНК.

Репарація ДНК – це набір процесів, який усуває пошкодження ДНК, дозволяючи їм і далі кодувати генетичну інформацію.

Обговорюється досліджень впливу фізетину, старіння імунної системи, пошкодження ДНК.

Тимідинова ДНК-полімераза (або Taq-полімераза) — це тип ДНК-полімерази, яка отримала свою назву від походження з бактерії Thermus aquaticus, що мешкає в гарячих джерелах. Цей фермент має важливе застосування у молекулярно-біологічних методах, таких як ПЦР (полімеразна ланцюгова реакція), завдяки своїй термостабільності — здатності працювати при високих температурах, які необхідні для денатурації подвійної спіралі ДНК.

Релаксація супернавивання ДНК — це процес зменшення надмірного скручування або супернавивання молекули ДНК, що виникає під час таких клітинних процесів, як реплікація, транскрипція та транспозиція. Супернавивання ДНК — це надлишкове скручування подвійної спіралі ДНК, яке утворюється, коли одна частина молекули ДНК розкручується або повертається швидше, ніж інша частина. Релаксація супернавивання є необхідною для нормального функціонування клітини, оскільки надмірна напруга в молекулі ДНК може перешкоджати її нормальній реплікації або транскрипції.

Цільова ДНК — це конкретний фрагмент або послідовність ДНК, яку ми хочемо досліджувати, ампліфікувати або вивчати за допомогою молекулярно-біологічних методів, таких як ПЦР (полімеразна ланцюгова реакція) або секвенування. В залежності від мети дослідження, цільовою ДНК може бути конкретний ген, регіон геному або певна ділянка, яка містить специфічні послідовності нуклеотидів.

Супернавивання ДНК — це явище, коли молекула ДНК стає надмірно закрученою або скрученою, що відбувається внаслідок фізичних процесів, пов’язаних з її розплітанням або скручуванням. Відбувається це, коли ДНК розплітається або закручується, що змінює її природну структуру. Це може бути як позитивне (надлишкове закручування), так і негативне (розкручування), і таке навивання може виникати під час різних клітинних процесів, зокрема реплікації, транскрипції та ремонту ДНК.

ДНК-полімераза I (DNA polymerase I) — це фермент, який відіграє важливу роль у процесах реплікації ДНК та репарації в клітинах. Ця полімераза була першою, виявленою в 1950-х роках, і дослідження її властивостей допомогли встановити основні принципи функціонування ДНК-полімераз у загальному.

ДНК-лігаза — це фермент, який каталізує утворення фосфодіестерного зв’язку між двома сусідніми нуклеотидами, забезпечуючи зшивання розривів у молекулі ДНК. Вона відіграє критичну роль у процесах реплікації, ремонту та рекомбінації ДНК.

Клітини здатні виправляти три типи пошкоджень ДНК шляхом хімічного обернення реакції, що призвела до пошкодження. Ці механізми не потребують матриці відновлення, бо пошкодження, які вони виправляють, виникають тільки в одному з чотирьох типів азотистих основ ДНК.

Молекулярні будівельні блоки (ДНК, РНК, білок), які забезпечують наше існування, мають певну спрямованість. Наша ДНК скручується в одну сторону, а не в іншу. Білки складаються з так званих L-амінокислот, а не D-амінокислот.

Методи рекомбінантної ДНК — це технології, які використовуються для створення нових молекул ДНК шляхом поєднання фрагментів ДНК з різних джерел. Ці методи дозволяють вченим маніпулювати генетичним матеріалом, інтегруючи, змінюючи або видаляючи специфічні гени в організмах або клітинах. Вони є основою для біотехнологій, створення генетично модифікованих організмів, а також для генотерапії та досліджень у молекулярній біології.

ДНК-гелікази типу 1 — це ферменти, які належать до класу геліказ, що розплітають подвійні спіралі ДНК за допомогою енергії, що виділяється при гідролізі молекул АТФ. Вони мають специфічну структуру та механізм дії, що дозволяє їм відкривати дві нитки ДНК, розриваючи водневі зв’язки між комплементарними основами (аденін–тимін, гуанін–цитозин). Ці ферменти є важливими для процесів реплікації, транскрипції, а також для інших процесів, таких як ремонт ДНК.

Коли при пошкодженні ДНК була «зачеплена» лише один з двох ланцюжків, клітина може використовувати другий, інтактний ланцюжок, як матрицю, шаблону для відновлення пошкодженої ДНК. Існує ряд механізмів, що забезпечують цей процес, шляхом вирізання (ексцизії) пошкодженої ділянки, і заміни його новим, неушкодженою, яка була синтезована компліментарно інтактному ланцюжку ДНК.

ДНК-полімераза — це фермент, який відповідає за синтез нових ланцюгів ДНК шляхом додавання нуклеотидів до 3′ кінця вже існуючого ланцюга ДНК (матриці) під час процесу реплікації, транскрипції або молекулярно-біологічних методів, таких як ПЦР (полімеразна ланцюгова реакція).

ДНК являє собою молекулу, що складається з двох полінуклеотидних ланцюжків, які обертаються навколо одна одної, формуючи подвійну спіраль, яка несе на собі генетичну інформацію – інструкції, що описують розвиток, функціонування, зростання і розмноження всіх відомих живих організмів і багатьох вірусів.

Ремонт ДНК — це сукупність механізмів, що забезпечують відновлення пошкоджених ділянок ДНК, зберігаючи її стабільність та функціональність. Пошкодження ДНК можуть виникати внаслідок різноманітних факторів, таких як ультрафіолетове випромінювання, хімічні агенти, помилки під час реплікації або окислювальні стреси. Ремонт ДНК є важливою частиною клітинних процесів, оскільки він запобігає накопиченню мутацій, які можуть призвести до розвитку раку або інших генетичних захворювань.

Що метилювання ДНК повідомляє нам про процес старіння?

Можливо, це трохи егоїстично, що ми зосереджуємось на ДНК, яке ми отримали від неандертальців, але не забуваймо, що потік генів працює в обидва боки.

Транспозон, так само відомий як мобільний генетичний елемент – послідовність ДНК, здатна змінювати своє положення в геномі, час від часу приводячи до мутацій і порушуючи структуру генів.

Транспозиція – процес переміщення транспозона по геному – часто призводить до дуплікації генетичного матеріалу, тобто створення копій одного і того ж гена.

Модифікації ДНК та гістонів є важливими механізмами епігенетичної регуляції генетичної активності. Вони змінюють структуру хроматину, а отже, впливають на доступність ДНК для транскрипції та інших клітинних процесів, не змінюючи послідовність самої ДНК. Ці модифікації дозволяють клітині реагувати на зовнішні і внутрішні сигнали, а також зберігати клітинну пам’ять у вигляді довгострокових змін.

У програмі “Академія наук” разом з Ксенією Гулак (молекулярний генетик, співробітниця Інституту фізіології імені О.О. Богомольця НАН України) аналізуємо проект “Близнюки” від NASA. Чи не фейк, що Скотт Келлі генетично вже не є братом-близнюком? Які зміни в організмі можна отримати в умовах невагомості?

Лекція про процес реплікації ДНК для студентів 4 курсу ХНПУ ім. Г.С. Сковороди.