ДНК в отдельно взятой клетке вашего тела
повреждается десятки тысяч раз в день.
Умножьте это на количество клеток в организме — около триллиона —
и получается целый квинтильон ошибок в ДНК в день.
А поскольку именно ДНК описывает
процесс создания белков, необходимых вашим клеткам,
эти повреждения приводят к серьёзным проблемам, таким как рак.
Ошибки бывают разными.
Иногда повреждаются нуклеотиды, кирпичики, из которых состоит ДНК,
в других случаях оказывается, что нуклеотиды спарены неправильно,
и это приводит к мутациям,
а разрывы в одной или обеих нитях ДНК могут повлиять на её репликацию
или даже привести к тому, что смешаются целые участки ДНК.
К счастью, в большинстве случаев ваши клетки знают, как справиться
с бóльшей частью этих проблем.
Эти восстановительные реакции осуществляют специализированные ферменты.
Разные ферменты реагируют на разные типы повреждений.
Частая ошибка — несовпадение оснований.
У каждого нуклеотида есть основание,
и во время репликации ДНК
фермент ДНК-полимераза подставляет соответствующую пару
для каждого основания в каждой матричной цепи.
Аденин спаривается с тимином, гуанин — с цитозином.
Но примерно один раз на сто тысяч
фермент допускает ошибку.
Он сразу же замечает большинство ошибок,
отрезает несколько нуклеотидов и заменяет их на правильные.
А на случай, если он пропускает ошибку,
за ним идёт второй набор белков, которые проверяют его работу.
Если они находят несовпадение,
они вырезают некорректный нуклеотид и заменяют его.
Это называется исправлением ошибок спаривания.
Эти две системы вместе снижают число ошибок спаривания
до одной на миллиард.
Но ДНК может быть повреждена и после репликации.
Множество молекул могут быть причиной химических изменений в нуклеотидах.
Некоторые из них попадают к нам из окружающей среды,
как, например, некоторые составляющие табачного дыма.
А другие находятся в клетках от природы,
к примеру, перекись водорода.
Некоторые химические реакции так распространены,
что появились специализированные ферменты, которые исправляют именно такие ошибки.
Но в клетке работают восстановительные процессы и более общего характера.
Если повреждено лишь одно основание,
как правило, за восстановление отвечает процесс эксцизионной репарации оснований.
Один фермент удаляет повреждённое основание,
а другие зачищают края разрыва и заменяют нуклеотиды.
Ультрафиолет может вызвать повреждения, которые исправить сложнее.
Иногда УФ-излучение приводит к тому, что два соседних нуклеотида склеиваются,
искажая двойную спираль ДНК.
Для исправления таких повреждений требуется более сложный процесс
под названием эксцизионная репарация нуклеотидов.
Команда белков удаляет длинную цепочку из 24 или около того нуклеотидов
и заменяет их новыми.
Высокочастотное излучение, такое как гамма-лучи или рентген,
вызывает другой тип повреждений.
Оно может привести к разрыву одной или обеих нитей остова ДНК.
Повреждения в обеих нитях ДНК являются самыми опасными.
Даже одна такая ошибка может привести к смерти клетки.
Две самые распространённые реакции, которые чинят двунитевые разрывы, —
это гомологичная рекомбинация и негомологичное соединение концов.
При гомологичной рекомбинации для ремонта используется целый участок похожей ДНК.
Ферменты переплетают повреждённую и целую нити,
делают так, чтобы они обменялись цепочками нуклеотидов,
а потом заполняют разрывы,
чтобы получить в итоге два полноценных двунитевых участка ДНК.
Другой процесс — негомологичное соединение концов —
не полагается на шаблон.
Вместо этого группа белков отрезает несколько нуклеотидов,
а потом склеивает концы разрыва.
Этот процесс далеко не так точен.
Он может привести к тому, что гены перемешаются или сместятся.
Но он полезен в тех случаях, когда родственная ДНК недоступна.
Конечно же, изменения в ДНК — это не всегда плохо.
Полезные мутации позволяют видам эволюционировать.
Но в большинстве случаев нам нужно, чтобы ДНК оставалась неизменной.
С ошибками в восстановлении ДНК сейчас связывают раннее старение
и многие типы рака.
Если вы ищете источник вечной молодости,
посмотрите на свои клетки —
они пользуются им миллиарды раз в день.