In order to be passed through generations, genomic DNA must be undamaged and error-free. However, every day, DNA in a cell undergoes several thousand to a million damaging events by natural causes and external factors. Ionizing radiation such as UV rays, free radicals produced during cellular respiration, and hydrolytic damage from metabolic reactions can alter the structure of DNA. Damages caused include single-base alteration, base dimerization, chain breaks, and cross-linkage.
Chemically modified genomic DNA can cause errors during transcription and translation into proteins. If the damaged DNA is not repaired before cell division, the genomic mutations can be transferred to the next generations of cells. Some of these mutations can lead to uncontrolled cell growth that develops into cancer.
The cell has developed robust systems to detect and repair DNA damage. DNA damage can be repaired by enzymes that can directly reverse the chemical change in a single reaction. For example, enzyme photolyase uses UV radiation to split thymine dimers by opening the cyclobutane moiety that holds the thymine dimer together.
Other forms of repair follow a multi-step process in which
If the damage is beyond repair, the cell can either become senescent or undergo apoptosis. Senescence is a state in which the cell becomes irreversibly dormant, i.e., it can no longer undergo cell division, and its cell cycle is halted indefinitely. Apoptosis refers to programmed cell death, where proteins called caspases degrade the cellular components required for cell survival. This is followed by the digestion of DNA by DNases, which causes the cell to shrink in size and transmit signals to a group of white blood cells called macrophages, which engulf and remove cellular debris.
DNA는 모든 유전 정보의 저장소로서 매우 안정적입니다.
그러나 다른 유기 분자와 마찬가지로 열, 방사선 및 세포 호흡 중에 생성되는 자유 라디칼에 의한 산화를 포함하여 기본 화학을 변경하는 다양한 변화에 취약합니다.
또한 세포에는 물이 풍부하게 존재하며 이는 가수분해 손상을 일으킬 수 있습니다. 생리학적 조건에서 DNA 염기를 자발적으로 손상시키는 두 가지 유형의 가수분해 반응이 있습니다.
첫 번째, 탈아미노화(deamination)는 시토신(cytosine)과 같은 피리미딘(pyrimidine) 염기에 영향을 미치며, 염기를 우라실(Uracil)로 전환하는 물의 존재 하에서 아미노기의 손실로 정의됩니다. 두 번째는 탈정제(depurination)로, 염기와 디옥시리보오스(deoxyribose) 사이의 결합이 절단되어 퓨린 염기가 손실되어 DNA에 아퓨린(apurinic) 부위가 남는 것입니다.
이러한 다양한 유형의 손상은 무작위 돌연변이로 이어지며, 이는 매우 해로울 수 있으며, 특히 게놈 불안정성, 세포 사멸 또는 암을 유발할 수 있습니다. 다행히도 이러한 돌연변이 중 일부만 세포의 매우 효율적인 복구 메커니즘으로 인해 DNA 복제 중에 유지됩니다.
DNA 자체의 이중 가닥 구조는 두 가닥에 두 개의 개별 유전 정보 사본을 포함하고 있기 때문에 복구에 특히 적합합니다. 이는 한 가닥이 손상되었을 때, 상보적인 가닥이 올바른 뉴클레오티드 염기서열을 복원하기 위한 주형으로 사용될 수 있음을 의미합니다.
DNA 복구 메커니즘에는 세 가지 일반적인 메커니즘이 있습니다. 첫 번째는 염기 절제 복구(base excision repair)로, 탈아미노화(deamination) 또는 탈정제(depurination)를 초래하는 가수분해 손상과 같은 내인성 DNA 손상을 고정하는 데 중점을 둡니다. 뉴클레오티드 절제 복구는 자외선 또는 특정 화학 발암 물질로 인한 손상을 수정할 수 있으며, 마지막으로 미스매치 복구는 복제 중 DNA 중합효소에 의한 잘못된 염기 결합을 수정하여 잘못된 염기쌍을 초래합니다.
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