معلومة

هل من المرجح أن تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في حدوث طفرات أثناء الانقسام؟

هل من المرجح أن تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في حدوث طفرات أثناء الانقسام؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

وفقًا لـ Life: The Science of Biology (الإصدار العاشر) ، قد تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في تكوين ثنائيات البيريميدين ، وهي السبب الرئيسي لسرطان الجلد لدى البشر.

هل الطفرات أكثر احتمالا في حالة تعرض الخلية للأشعة فوق البنفسجية أثناء الانقسام؟

أشارت TA (وهي باحثة في الخلايا الجذعية) إلى أن الإجابة هي نعم ، حيث قالت صراحة أن خطر الإصابة بالسرطان من جل مانيكير ليس تافهًا ، وذلك للأسباب التالية:

  • أثناء العلاج ، يتم إجراء جروح صغيرة (ليس عن قصد) في الجلد حول الأظافر.
  • يحدث التعرض للأشعة فوق البنفسجية بعد ذلك مباشرة ، أثناء شفاء الأنسجة.
  • هذا يزيد بشكل كبير من خطر الإصابة بالسرطان.

ومع ذلك ، لم أجد معلومات عن ذلك من خلال googling. على العكس من ذلك ، لقد واجهت دراسات حول استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتعزيز التئام الجروح ، على سبيل المثال ، هل الأشعة فوق البنفسجية مفيدة في التئام الجروح بعد الحروق ؟.

بالإضافة إلى ذلك ، تقول صفحة الندبات في ويكيبيديا (على الرغم من أنني لم أجد مرجعًا لهذا الادعاء في صفحة ويكيبيديا):

تكون الندوب الموجودة في الجلد أقل مقاومة للأشعة فوق البنفسجية

أيضًا ، يُطلب من الأشخاص تجنب التعرض للأشعة فوق البنفسجية بعد إزالة الشعر بالليزر.

هل هذين مرتبطين بالانقسام؟ أم أنها مرتبطة بدلاً من ذلك ببعض خصائص الأنسجة الندبية؟


المراجع:
Rennekampff ، H-O. ، وآخرون. "هل الأشعة فوق البنفسجية مفيدة في التئام الجروح بعد الحروق؟" الفروض الطبية 75.5 (2010): 436-438.


طفرة السلالة الجرثومية مقابل. الطفرة الجسدية: مقارنة تريدها

يكمن الاختلاف الرئيسي بين السلالة الجرثومية والطفرة الجسدية في حقيقة ما إذا كانت وراثية أم لا. لكن هناك المزيد. يقدم منشور BiologyWise هذا مقارنة منهجية بين طفرة السلالة الجرثومية والطفرة الجسدية ، بما في ذلك جوانب مثل السبب وعوامل الوراثة والتأثيرات وغير ذلك الكثير.

يكمن الاختلاف الرئيسي بين السلالة الجرثومية والطفرة الجسدية في حقيقة ما إذا كانت وراثية أم لا. ولكن ، هناك & # 8217s أكثر من ذلك. يقدم منشور BiologyWise هذا مقارنة منهجية بين طفرة السلالة الجرثومية والطفرة الجسدية ، بما في ذلك جوانب مثل السبب وعوامل الوراثة والتأثيرات وغير ذلك الكثير.

هل كنت تعلم؟

أظهرت الأبحاث الحديثة أن جميع الأشخاص ذوي العيون الزرقاء لديهم سلف واحد مشترك. هذا بسبب طفرة جينية حدثت منذ حوالي ستة إلى عشرة آلاف سنة.

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

الطفرة هي التغيير في تسلسل الحمض النووي الذي يتكون من الجين. هذا الحمض النووي هو المادة الوراثية التي ينتقلها الكائن الحي إلى الأجيال القادمة ، ويشكل جزءًا أساسيًا من استمرار الحياة على الأرض. يتكون من مكونات مختلفة ، مثل السكر وجزيئات الفوسفات وأزواج قاعدة النيتروجين. تتضمن معظم الطفرات تغييرات في ترتيب أو نوع هذه الأجزاء ، مثل الاستبدال ، والحذف ، وإضافة قواعد النيتروجين ، أو حتى التحول في ترتيب التوائم الثلاثة الأساسية ، والمعروف باسم الانزياح الإطار. تحدث مثل هذه التغييرات في الحمض النووي ، والتي تسمى الطفرات ، بسبب عوامل مختلفة ، مثل النسخ غير الصحيح للحمض النووي أثناء النسخ المتماثل ، والعوامل البيئية مثل الحرارة الزائدة أو البرودة ، والتعرض للمواد الكيميائية أو الإشعاع. تُعرف أسباب الطفرات هذه بالمطفرات.

يمكن تقسيم الطفرة إلى نوعين بناءً على الأنسجة التي تحدث فيها. عندما تحدث الطفرة في الخلايا الجرثومية ، فإنها تسمى طفرات السلالة الجرثومية. تشارك الخلايا الجرثومية في نقل المادة الوراثية إلى الأجيال القادمة ، وتشمل الخلايا التي تشكل الأمشاج ، وحتى الأمشاج نفسها. وغني عن القول أن هذه الطفرات تنتقل إلى الأبناء. يمكن أن يحدث النوع الآخر من الطفرات في كل خلية من خلايا الجسم ، باستثناء الخلايا الجرثومية المذكورة أعلاه. يُطلق على هذا النوع اسم الطفرة الجسدية ، ويطلق عليه اسم الخلايا الجسدية أو خلايا الجسم التي تحدث فيها. سيساعد فهم الاختلافات بين السلالة الجرثومية والطفرة الجسدية على فهم هذا المفهوم بشكل أفضل.


استيعاب

الأشعة فوق البنفسجية هي إشعاع بأطوال موجية من 200 إلى 300 نانومتر (نانومتر) توجد في ضوء الشمس الطبيعي ومصابيح الشمس وأسرة التسمير. يمتص الحمض النووي ضوء الأشعة فوق البنفسجية مثل الإسفنج لأن الجزء الأكثر كثافة من طيف امتصاص الحمض النووي (أطوال موجية من 250 إلى 260 نانومتر) يكمل ذروة انبعاث الطاقة لضوء الأشعة فوق البنفسجية (240 إلى 280 نانومتر). بسبب عنصر الأشعة فوق البنفسجية لأشعة الشمس ، فإن ضوء الأشعة فوق البنفسجية هو المصدر الأكثر شيوعًا للإشعاع المدمر للحمض النووي. لحسن الحظ ، فإن الأشعة فوق البنفسجية هي شكل ضعيف من الإشعاع ولا تخترق الخلايا السطحية لبشرتك.

  • الأشعة فوق البنفسجية هي إشعاع بأطوال موجية من 200 إلى 300 نانومتر (نانومتر) توجد في ضوء الشمس الطبيعي ومصابيح الشمس وأسرة التسمير.
  • يمتص الحمض النووي ضوء الأشعة فوق البنفسجية مثل الإسفنج لأن الجزء الأكثر كثافة من طيف امتصاص الحمض النووي (أطوال موجية من 250 إلى 260 نانومتر) يكمل ذروة انبعاث الطاقة لضوء الأشعة فوق البنفسجية (240 إلى 280 نانومتر).

هل من المرجح أن تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في حدوث طفرات أثناء الانقسام الفتيلي؟ - مادة الاحياء

تشع الشمس الطاقة في نطاق واسع من الأطوال الموجية ، ومعظمها غير مرئي للعين البشرية. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت طاقة الإشعاع ، وزادت احتمالية الضرر. الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض تتراوح أطوالها الموجية بين 290 و 400 نانومتر (نانومتر ، أو جزء من المليار من المتر). هذا أقصر من الأطوال الموجية للضوء المرئي ، والتي تتراوح من 400 إلى 700 نانومتر.


يعيش الناس والنباتات مع الآثار المفيدة والضارة للأشعة فوق البنفسجية من الشمس. (الصورة مقدمة من جيني ألين).

لطالما لعبت الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس أدوارًا مهمة في بيئتنا ، وتؤثر على جميع الكائنات الحية تقريبًا. تطورت الإجراءات البيولوجية من أنواع عديدة للتعامل معها. ومع ذلك فإن الأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية المختلفة تختلف في تأثيرها ، وعلينا أن نتعايش مع الآثار الضارة وكذلك الآثار المفيدة. يلعب الإشعاع على أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية الأطول من 320-400 نانومتر ، والمسمى UV-A ، دورًا مفيدًا وأساسيًا في تكوين فيتامين (د) عن طريق الجلد ، ويلعب دورًا ضارًا في أنه يسبب حروق الشمس على جلد الإنسان وإعتام عدسة العين في أعيننا. . يقع الإشعاع الوارد بأطوال موجية أقصر ، 290-320 نانومتر ، ضمن جزء الأشعة فوق البنفسجية - باء من الطيف الكهرومغناطيسي. (تشمل الأشعة فوق البنفسجية باء الضوء مع أطوال موجية تصل إلى 280 نانومتر ، ولكن القليل من الإشعاع أقل من 290 نانومتر يصل إلى سطح الأرض وسطح rsquos). تسبب الأشعة فوق البنفسجية - باء ضررًا على المستوى الجزيئي لبنة البناء الأساسية للحياة & # 151 حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA).

يوجد الإشعاع الكهرومغناطيسي في مجموعة من الأطوال الموجية ، والتي تم تحديدها في أقسام رئيسية لراحتنا. تمثل الأشعة فوق البنفسجية ب ، الضارة بالكائنات الحية ، جزءًا صغيرًا من الطيف ، من 290 إلى 320 نانومتر من الأطوال الموجية. (رسم روبرت سيمون)

يمتص الحمض النووي بسهولة الأشعة فوق البنفسجية - ب ، والتي عادةً ما تغير شكل الجزيء بإحدى الطرق العديدة. يوضح الرسم التوضيحي أدناه أحد هذه التغييرات في الشكل بسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية - باء. غالبًا ما تعني التغييرات في جزيء الحمض النووي أن إنزيمات بناء البروتين لا يمكنها & # 147 قراءة & # 148 رمز الحمض النووي في تلك المرحلة على الجزيء. نتيجة لذلك ، يمكن تصنيع البروتينات المشوهة ، أو يمكن أن تموت الخلايا.

تضر فوتونات الأشعة فوق البنفسجية (UV) بجزيئات الحمض النووي للكائنات الحية بطرق مختلفة. في أحد أحداث التلف الشائعة ، تترابط القواعد المتجاورة مع بعضها البعض ، بدلاً من الارتباط عبر & # 147 سلم. & # 148 وهذا يؤدي إلى انتفاخ ، ولا يعمل جزيء الحمض النووي المشوه بشكل صحيح. (الرسم التوضيحي لديفيد هيرينج)

لكن الخلايا الحية هي & # 147 ذكية. & # 148 على مدى ملايين السنين من التطور في وجود الأشعة فوق البنفسجية - ب ، طورت الخلايا القدرة على إصلاح الحمض النووي. يصل إنزيم خاص إلى موقع الضرر ، ويزيل الجزء التالف من الحمض النووي ، ويستبدله بالمكونات المناسبة (بناءً على معلومات في مكان آخر عن جزيء الحمض النووي). هذا يجعل الحمض النووي مرنًا إلى حد ما للتلف الذي تسببه الأشعة فوق البنفسجية باء.

بالإضافة إلى المرونة الخاصة بها ، فإن الكائنات الحية والخلايا التي تتكون منها محمية من الكميات الزائدة من الأشعة فوق البنفسجية بواسطة مادة كيميائية تسمى الأوزون. طبقة الأوزون الموجودة في الغلاف الجوي العلوي تمتص الأشعة فوق البنفسجية وتمنع معظمها من الوصول إلى الأرض. ومع ذلك ، منذ منتصف السبعينيات ، عملت الأنشطة البشرية على تغيير كيمياء الغلاف الجوي بطريقة تقلل من كمية الأوزون في الستراتوسفير (طبقة الغلاف الجوي التي يتراوح ارتفاعها من حوالي 11 إلى 50 كم). وهذا يعني أن المزيد من الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تمر عبر الغلاف الجوي إلى سطح الأرض ، خاصة في القطبين والمناطق المجاورة خلال أوقات معينة من العام.

بدون طبقة الأوزون في الستراتوسفير لحمايتنا من الكميات الزائدة من الأشعة فوق البنفسجية - باء ، لن تكون الحياة كما نعرفها موجودة. دفع القلق العلمي بشأن استنفاد طبقة الأوزون في الغلاف الجوي العلوي إلى بذل جهود مكثفة لتقييم الأضرار المحتملة على الحياة على الأرض بسبب زيادة مستويات الأشعة فوق البنفسجية - باء. تمت دراسة بعض التأثيرات ، لكن لا يزال هناك الكثير لتعلمه.


الإشعاع المؤين وتأثيراته على الحمض النووي | علم الوراثة

في هذه المقالة سوف نناقش حول: 1. مقدمة للإشعاع المؤين 2. قياس الإشعاع المؤين 3. الآثار.

مقدمة في الإشعاع المؤين:

نظرًا لطولها الموجي الأقصر ، تخترق الأشعة السينية وأشعة جاما الأنسجة بشكل أعمق من الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. يمكنهم نقل طاقة محلية كافية لامتصاص الأنسجة لتأين الذرات والجزيئات. عندما تتوقف موجة عالية الطاقة تتحرك بسرعة عالية ، فإنها تطلق طاقة. هذه الطاقة تجعل الذرة تفقد إلكترونًا وتصبح جسيمًا أو أيونًا مشحونًا. هذه العملية تسمى التأين.

يتسبب الإلكترون الحر في فقدان الذرات الأخرى للإلكترونات وتصبح أيونات موجبة الشحنة. تولد العمليتان أزواجًا من الأيونات الموجبة والسالبة الشحنة. قد يتجمع عدد من الأيونات معًا لتشكيل مسار أيوني.

تخضع الأيونات لتفاعلات كيميائية لتحييد شحنتها للوصول إلى تكوين أكثر استقرارًا. أثناء القيام بذلك ، فإنها (الأيونات) تنتج تكسرًا في الكروموسومات (DNA) مما يؤدي إلى حدوث طفرات. علاوة على ذلك ، قد تتحد الأيونات الحرة مع الأكسجين وتنتج مواد كيميائية عالية التفاعل والتي قد تتفاعل أيضًا مع الحمض النووي وتسبب الطفرات.

بعض الإشعاعات المؤينة كهرومغناطيسية مثل الأشعة السينية وأشعة جاما وبعضها يتكون من جسيمات دون ذرية مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وجسيمات ألفا. الأشعة السينية وأشعة جاما لها معدل منخفض من نقل الطاقة الخطي لأنها تنتج أيونات بشكل متقطع على طول المسار الأيوني وتتغلغل بعمق في الأنسجة. تتمتع الجسيمات المشحونة بنقل خطي أعلى للطاقة ، فهي لا تخترق بعمق وتحدث ضررًا أكثر من الأشعة السينية وأشعة جاما.

قياس الإشعاع المؤين:

يُقاس الإشعاع بوحدة تأين تسمى رونتجن أو وحدة r ، حيث يساوي واحد r 1.8 × 10 9 أزواج أيونات لكل سم مكعب من الهواء. في الأنسجة التي تزيد كثافة الهواء عن عشرة أضعاف ، ينتج إشعاع عالي الطاقة حوالي 1000 ضعف عدد أزواج الأيونات لكل سم مكعب كما يحدث في الهواء.

وحدة أخرى تسمى راد تقيس الكمية الإجمالية للطاقة المشعة التي يمتصها الوسط. راد واحد يساوي 100 ergs لكل جرام من الأنسجة. وحدة أخرى تسمى الرمادي تعادل 100 راد.

في حالة الأشعة السينية ، يتم استخدام حوالي 90٪ من الطاقة المتبقية في الأنسجة لإنتاج أيونات ، بينما ينتج الباقي حرارة وإثارة. الأشعة فوق البنفسجية (UV) هي نوع من الإشعاع غير المؤين ويتم قياسه بالراد بدلاً من وحدات r. عندما يحدث التأين بسبب جسيمات دون ذرية ، تقاس الجرعات بوحدات مختلفة تسمى ريم وسيفرت.

يتم تعريف واحد rem على أنه مقدار أي إشعاع ينتج عنه تأثير بيولوجي مكافئ لتلك الناتجة عن راد واحد من أشعة جاما. سيفرت يساوي 100 ريم. للكشف عن الإشعاع يتم استخدام أنبوب جيجر مولر. يحتوي الأنبوب على غاز يتأين بالإشعاع. يتم قياس كمية الإشعاع من مكبرات الصوت والعدادات المناسبة.

آثار الإشعاع المؤين على الحمض النووي:

أظهر Zirkle في عام 1930 أن النواة في النباتات أكثر حساسية للإشعاع المؤين من السيتوبلازم. من المعروف الآن على وجه اليقين أن العديد من الجزيئات بما في ذلك الحمض النووي تتأثر بالإشعاع المؤين. البيورينات أقل حساسية للإشعاع من البيريميدينات.

من البيريميدين ، الثايمين هو الأكثر حساسية. جرعات كبيرة من الإشعاع المؤين تدمر الثايمين واليوراسيل والسيتوزين في المحاليل المائية. عن طريق إزالة بلمرة الحمض النووي ، تمنع الإشعاعات المؤينة تكاثر الحمض النووي وتوقف انقسام الخلايا.

تم اقتراح عدة آليات لشرح تأثيرات الأشعة السينية وأشعة جاما. يمكنهم كسر أنواع مختلفة من الروابط الكيميائية وإتلاف المادة الوراثية بعدة طرق. يوضح الشكل 20.2 أن التأثير قد يكون مباشرًا أو غير مباشر. عندما تتأين ذرة هيدروجين تتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد ، فقد يتفاعل الإلكترون الحر مباشرة مع الحمض النووي.

أو قد يتفاعل الإلكترون مع جزيء من الماء لإنتاج OH ، وهو جذر حر يمكن أن يتسبب في تلف الحمض النووي بنفس طريقة الإلكترون الحر. الأنواع التالية من تدمير الحمض النووي هي روابط هيدروجينية محتملة قد تنكسر بين السلاسل وقد يتم تغيير القاعدة أو حذفها.قد يحدث كسر سلسلة مفردة أو مزدوجة قد يحدث ارتباط متقاطع داخل الحلزون المزدوج وقد يتأكسد الديوكسيريبوز.

إذا تم تعريض الخلية للإشعاع في المرحلة S ، يتم منع تكاثر الحمض النووي مما يؤدي إلى فشل انقسام الخلية وموت الخلية. ولكن إذا تم تشعيع الخلية أثناء الانقسام الفتيلي أو في G1 ، في هذه الحالة يتكاثر الحمض النووي بشكل طبيعي ولكن الانقسام يتأخر.

يتسبب الإشعاع المؤين في كسر وإعادة ترتيب الكروموسومات مما قد يتداخل مع الفصل الطبيعي للكروموسومات أثناء انقسام الخلية. عندما يحدث الانكسار في اثنين من الكروموسومات المختلفة في الخلية بالقرب من بعضهما البعض في الزمان والمكان ، فيمكنهما الانضمام لإنتاج انحرافات صبغية مثل الانقلابات والانتقالات والحذف.

الكائنات الدقيقة أكثر مقاومة للإشعاع المؤين من الكائنات الحية الأعلى. وجد أن د37 جرعة الإشعاع ، أي جرعة الإشعاع لمجموعة الخلايا مع بقاء 37 ٪ حوالي 2000 إلى 30000 راد في البكتيريا. في الخلايا البشرية د37 حوالي 120 راد.

بعض المواد الكيميائية لها تأثير وقائي على الخلية في تقليل تأثير جرعة الإشعاع. Aminothiols التي لها & # 8211 SH و & # 8211 NH2 المجموعة المفصولة بذرتين من الكربون هي الأقوى في تقليل التأثير. يتم التعبير عن التأثير الوقائي كعامل تقليل الجرعة (DRF).

DRF هي نسبة LD50(30) للحيوانات المحمية إلى LD50(30) للحيوانات غير المحمية. LD هي الجرعة المميتة أو كمية الإشعاع التي تقتل جميع الأفراد في مجموعة كبيرة من الكائنات الحية. LD50(30) هي الجرعة التي تقتل 50٪ من الكائنات الحية خلال 30 يومًا من التعرض. LD50 بالنسبة للكلب يقدر بـ 350 راد ، والفأر 550 ، والسمكة الذهبية 2300.

ما إذا كان إشعاع الخلفية الطبيعي ، على الرغم من صغر حجمه ، يشكل خطورة على البشر أم لا ، فقد تم التشكيك فيه. يتكون إشعاع الخلفية بشكل أساسي من الأشعة الكونية ، والانبعاثات من العناصر المشعة في الأرض مثل اليورانيوم والراديوم والثوريوم ، وكذلك الانبعاثات من النظائر المشعة (الكربون 14 والبوتاسيوم 40) التي تحدث بشكل طبيعي في الجسم.

يتلقى الأشخاص الذين يعيشون عند مستوى سطح البحر جرعة متوسطة تبلغ حوالي 0.8 مللي سيفرت من الإشعاع سنويًا. كشفت دراسة للمنطقة الساحلية لولاية كيرالا في جنوب الهند ، وهي منطقة بها إشعاع خلفي مرتفع ، عن ارتفاع معدل الإصابة بمتلازمة داون & # 8217 بين السكان. كما لوحظت التشوهات الجينية والكروموسومية التي يسببها الإشعاع.


توصل الباحثون إلى أن الطفرة التي يسببها الضوء فوق البنفسجي تؤدي إلى العديد من سرطانات الجلد

من المحتمل أن تكون الطفرة الجينية التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية هي القوة الدافعة وراء الملايين من سرطانات الجلد البشرية ، وفقًا للباحثين في كلية الطب بجامعة ستانفورد.

تحدث الطفرة في جين يسمى KNSTRN ، والذي يشارك في مساعدة الخلايا على تقسيم حمضها النووي بالتساوي أثناء انقسام الخلية.

تُعرف الجينات التي تسبب السرطان عند حدوث طفرة بالجينات المسرطنة. على الرغم من أن KNSTRN لم يتم اعتباره سابقًا سببًا لسرطان البشر ، إلا أن البحث يشير إلى أنه قد يكون أحد أكثر الجينات المسرطنة شيوعًا في العالم.

"هذا الجين الورمي غير المعروف سابقًا يتم تنشيطه بواسطة أشعة الشمس ويؤدي إلى تطور سرطان الخلايا الحرشفية الجلدي ،" قال بول خافاري ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، أستاذ كرسي كارل جيه هيرزوغ في الأمراض الجلدية في كلية الطب ورئيس قسم الأمراض الجلدية. "يظهر بحثنا أن سرطانات الجلد تنشأ بشكل مختلف عن السرطانات الأخرى ، وأن طفرة واحدة يمكن أن تسبب كارثة جينومية."

سرطان الخلايا الحرشفية الجلدي هو ثاني أكثر أنواع السرطانات شيوعًا بين البشر. يتم تشخيص أكثر من مليون حالة جديدة على مستوى العالم كل عام. وجد الباحثون أن منطقة معينة من KNSTRN تحوّرت في حوالي 20 بالمائة من سرطانات الخلايا الحرشفية الجلدية وفي حوالي 5 بالمائة من الأورام الميلانينية.

سيتم نشر ورقة تصف البحث على الإنترنت في 7 سبتمبر في علم الوراثة الطبيعي. خافاري ، وهو أيضًا عضو في معهد ستانفورد للسرطان ورئيس خدمة الأمراض الجلدية في نظام بالو ألتو للرعاية الصحية لشؤون المحاربين القدامى ، هو المؤلف الرئيسي للورقة. الباحثة ما بعد الدكتوراه كارولين لي ، دكتوراه في الطب ، دكتوراه ، هي المؤلف الرئيسي.

توصل لي وخافاري إلى هذا الاكتشاف أثناء التحقيق في الأسباب الجينية لسرطان الخلايا الحرشفية الجلدي. قارنوا تسلسل الحمض النووي للجينات من الخلايا السرطانية مع تلك الموجودة في الجلد الطبيعي ، وبحثوا عن الطفرات التي حدثت فقط في الأورام. وجدوا 336 جينًا مرشحًا لمزيد من الدراسة ، بما في ذلك بعض الجناة المألوفين. كان الجينان الأكثر شيوعًا للطفرات هما CDKN2A و TP53 ، اللذان كان من المعروف بالفعل أنهما مرتبطان بسرطان الخلايا الحرشفية.

كان ثالث أكثر الجينات شيوعًا ، KNSTRN ، مفاجأة. إنه يشفر بروتينًا يساعد في تكوين kinetochore - وهو هيكل يعمل كنوع من المقبض المستخدم لسحب أزواج من الكروموسومات المنسوخة حديثًا إلى أي من طرفي الخلية أثناء انقسام الخلية. يسمح عزل الحمض النووي في أي من طرفي الخلية للخلية بالانقسام على طول الوسط لتشكيل خليتين ابنتيتين ، كل منهما تحتوي على مجموعة الكروموسومات المناسبة.

إذا لم تنفصل الكروموسومات بشكل صحيح ، فستحتوي الخلايا الوليدة على كميات غير طبيعية من الحمض النووي. تُعرف هذه الخلايا ذات الصبغيات الزائدة أو المفقودة باسم اختلال الصيغة الصبغية ، وغالبًا ما تكون مختلة وظيفيًا بشدة. إنهم يميلون إلى إساءة قراءة الإشارات الخلوية والتصرف بشكل متقطع. يعد اختلال الصيغة الصبغية خطوة مبكرة مهمة نحو تطور العديد من أنواع السرطان.

نتجت الطفرة في جين KNSTRN عن استبدال نوكليوتيد واحد ، يسمى السيتوزين ، بآخر يسمى الثايمين ، ضمن امتداد محدد وقصير من الحمض النووي. تشير المقايضة إلى محاولة خلية ما لإصلاح الضرر الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة ، مثل تلك الموجودة في ضوء الشمس.

قال خافاري: "لم يتم العثور على الطفرات في هذه النقطة الساخنة للأشعة فوق البنفسجية في أي من السرطانات الأخرى التي حققنا فيها". "تحدث فقط في سرطانات الجلد."

وجد الباحثون طفرة KNSTRN المستحثة بالأشعة فوق البنفسجية في حوالي 20 في المائة من التقران الشعاعي - وهي حالة جلدية سابقة للسرطان تتطور غالبًا إلى سرطان الخلايا الحرشفية - ولكن لم يحدث أبدًا في 122 عينة من الجلد الطبيعي ، مما يشير إلى أن الطفرة من المحتمل أن تكون حدثًا مبكرًا في تطور سرطان الخلايا الحرشفية.

علاوة على ذلك ، أدى الإفراط في التعبير عن KNSTRN الطافر في خلايا الجلد البشرية المزروعة في المختبر إلى تعطيل قدرتها على فصل الحمض النووي أثناء انقسام الخلايا وتعزيز نمو الخلايا السرطانية في نموذج فأر لسرطان الخلايا الحرشفية.

أخيرًا ، قارن لي خمسة سرطانات الخلايا الحرشفية المشتقة من المريض والتي تحتوي على طفرة KNSTRN مع خمس عينات لا تحتوي على الطفرة. على الرغم من أن كلا المجموعتين من الخلايا كانتا مختلة في الصيغة الصبغية ، فإن أولئك الذين لديهم الطفرة كان لديهم جينومات شاذة للغاية.

سيسمح تحديد الجين الورمي الجديد للباحثين بفهم أفضل لكيفية تطور هذه الأنواع من سرطانات الجلد. قد يمنحهم أيضًا أدلة حول كيفية تطوير علاجات جديدة للمرض. في هذه الحالة ، يربط أيضًا بدقة النقاط بين التعرض لأشعة الشمس وسرطان الجلد.

قال خافاري: "في الأساس ، تحفز طفرة فوق بنفسجية في هذه المنطقة على اختلال الصيغة الصبغية وتكوين الأورام اللاحقة". "من الضروري حماية البشرة من أشعة الشمس."


هل من المرجح أن تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في حدوث طفرات أثناء الانقسام؟ - مادة الاحياء

Neue Str. 9 ، 91096 M & # 246hrendorf ، ألمانيا
[email protected]
تغطي النظم البيئية المائية حوالي 70٪ من سطح الكرة الأرضية. إنها تنتج كمية من الكتلة الحيوية تساوي جميع النظم البيئية الأرضية (مثل الغابات والأراضي العشبية والمناطق الزراعية والتندرا والتايغا) مجتمعة. تمثل المحيطات الحصة الأكبر في النظم البيئية المائية ، وتمثل جميع أسطح المياه العذبة مجتمعة (البحيرات والأنهار) 0.5٪ فقط. في حين أن الطحالب الكبيرة (عشب البحر) هي المنتج الرئيسي للكتلة الحيوية في المناطق الساحلية ، فإن العوالق النباتية هي اللاعب الرئيسي في البحر المفتوح.


من اليسار إلى اليمين: أسترينيلا ، بيدوليفيا ، Ceratium fusca ، Coscinodiscus


في حين أن هذه الكائنات الحية عادة ما تكون صغيرة مجهريًا وغالبًا ما تكون أحادية الخلية ، فإنها تنمو بوتيرة سريعة ، وغالبًا ما تنقسم مرة واحدة يوميًا. في بعض الأحيان تشكل أزهارًا كثيفة للطحالب ، مما يؤدي إلى تلطيخ الماء ، الشكل 1.

شكل 1. تتفتح العوالق النباتية.
& # 169 بيتر ج. فرانكس ، معهد سكريبس لعلوم المحيطات.
تشكل العوالق النباتية ، باعتبارها المنتج الرئيسي في الموائل المائية ، أساس الشبكة الغذائية المائية المعقدة ، الشكل 2. وهي تخدم المستهلكين الأساسيين (العوالق الحيوانية مثل أسماك اليرقات والروبيان) كغذاء ، والذي بدوره يستهلكه المستهلكون الثانويون (القشريات والرخويات والأسماك والطيور والثدييات بما في ذلك الإنسان). وبالتالي ، فإنها توفر في النهاية حصة كبيرة من البروتين الحيواني في العالم للاستهلاك البشري ، وفي بعض أجزاء العالم يأتي أكثر من 50٪ من البروتين الحيواني من البحر. المكون الرئيسي الثالث في النظم الإيكولوجية المائية ، بالإضافة إلى المنتجين والمستهلكين الأساسيين ، هم المُحلِّلات ، وخاصة البكتيريا ، التي تكسر الكتلة الحيوية الحية أو الميتة إلى كتل بناء غير عضوية جاهزة لإعادة الدخول في الدورة.

يمكن جمع هذا الكربون العضوي الجسيم المترسب (POC) ، المسمى & # 8220 الثلج المحيطي & # 8221 ، بواسطة مصائد مثبتة على أعماق محددة (على سبيل المثال 1000 متر) في عمود الماء. يسمى هذا النقل الهابط للكربون خارج النظام بالمضخة البيولوجية & # 8220 & # 8221 ويوازن جزئيًا المدخلات البشرية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي عن طريق احتراق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات المدارية. لا يتم توزيع العوالق النباتية بالتساوي في محيطات العالم. توجد التركيزات الأعلى في المناطق شبه القطبية وفي مناطق ارتفاع المياه في الجرف القاري. يمكن رؤية هذا التوزيع بشكل أفضل من صور الأقمار الصناعية التي تظهر تركيز الكلوروفيل في الماء في صور ملونة خاطئة ، الشكل 5.

نظرًا لكونها كائنات حية ضوئية ، تضطر العوالق النباتية إلى الانتقال إلى الطبقة العليا من عمود الماء المضاء بالإشعاع الشمسي والبقاء فيها ، المنطقة & # 8220photic & # 8221. لا يتم تحديد المنطقة الضوئية من خلال امتدادها الرأسي بالأمتار ولكن بالأحرى بكمية الإشعاع الشمسي المتاح. الحد الأدنى للمنطقة الضوئية هو العمق حيث ينخفض ​​الضوء المخترق إلى 0.1٪ من إشعاع السطح.

يعتمد توافر الضوء على عدة عوامل. يتغير طيف الضوء مع العمق حيث يخترق الإشعاع الشمسي إلى العمق. هذا بسبب الامتصاص والتناثر بواسطة الماء نفسه وكذلك المواد العضوية وغير العضوية المذابة والجسيمية في عمود الماء. في المناطق الساحلية والأنظمة الإيكولوجية للمياه العذبة ، يلعب الكربون العضوي المذاب (DOC) دورًا رئيسيًا في التخفيف من اختراق الضوء والتأثير على لون الماء. الكربون العضوي القابل للتحلل هو خليط من المركبات العضوية الناتجة عن تحلل اللجنين والكلوروفيل والمواد العضوية الأخرى التي تغسل في الماء عن طريق الجريان السطحي الأرضي. يمتص DOC بقوة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية للطيف. تستهلك العوالق الجرثومية هذه المركبات العضوية ، ومع ذلك ، تجد البكتيريا صعوبة في استهلاك DOC طويل السلسلة. تعمل الأشعة فوق البنفسجية الشمسية على تكسير هذه الجزيئات الطويلة ، ويمكن للبكتيريا أن تلتهم الأجزاء بشكل أسرع. هذا يزيد من شفافية الماء وتغلغل الأشعة فوق البنفسجية الشمسية إلى أعماق أكبر. إحدى حلقات التغذية الراجعة هي أن الأشعة فوق البنفسجية الشمسية تدمر البكتيريا ، مما يقلل من أعدادها.


الحركة الضوئية للعوالق النباتية

تستخدم العديد من الكائنات الحية العوالق النباتية آليات نشطة للانتقال إلى المنطقة الضوئية والبقاء فيها: بعضها لديه أسواط أو أهداب وتتحرك بنشاط في عمود الماء بحثًا عن الظروف المثلى للنمو والتكاثر. يستخدم البعض الآخر الطفو للهجرات العمودية التي تنتج قطرات الزيت أو فجوات الغاز. تتبع بعض هذه الحركات إيقاعًا يوميًا حيث تتحرك الكائنات الحية لأسفل ليلاً باتجاه السطح قبل وأثناء النهار. تم العثور على العديد من أعضاء dinoflagellates يسبحون 35 مترًا لأعلى ولأسفل في عمود الماء أثناء تحركاتهم اليومية.

تستخدم كائنات العوالق النباتية إشارات بيئية للتحكم في تحركاتها. تتبع بعض البكتيريا خطوط المجال المغناطيسي للأرض (الانجذاب المغناطيسي). من المعروف أن السوطيات تكشف عن التدرجات الحرارية والكيميائية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون. أهم القرائن هي الضوء والجاذبية. في الظلام تتحرك كائنات العوالق النباتية المتحركة بنشاط إلى الأعلى على طول مجال الجاذبية للأرض. يسمى هذا السلوك الجاذبية السلبية (بعيدًا عن مركز الجاذبية). آلية التوجيه هذه رائعة حقًا. تؤدي هذه الكائنات أحادية الخلية مهمة التوجيه في الفضاء ، وهي مهمة يستخدم فيها البشر جهازًا معقدًا في أذنهم الداخلية وكمية جيدة من قوة الدماغ. يتم دعم السلوك التصاعدي بواسطة محور ضوئي إيجابي (حركة نحو الضوء) في وجود ضوء إشعاع منخفض. تمتلك العديد من كائنات العوالق النباتية المتحركة مستقبلات ضوئية جزيئية وآلية نقل إشارة داخلية للتحكم في أجهزتها الحركية والتوجيه فيما يتعلق باتجاه الضوء.

على النقيض من المحور الضوئي الإيجابي الموصوف للتو ، فإن العديد من العوالق النباتية لا يمكنها تحمل الإشعاع الشمسي الساطع غير المفلتر على سطح المحيط وتتأثر بشكل خاص بالإشعاع عالي الطاقة وقصير الموجة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية من الطيف. نتيجة لذلك ، يستخدمون محور ضوئي سلبي (الحركة بعيدًا عن مصدر الضوء) أو انعكاس جاذبيةهم للابتعاد عن سطح الماء بإشعاعه الضار المفرط. هذه الاستجابات العدائية ، التي تتحكم في الاتجاه التصاعدي والهابط ، تؤدي إلى تراكم الكائنات الحية في منطقة من ظروف الإضاءة المتوسطة والمثلى ، الشكل 6.

بالطبع ، يمكن إبطال هذه الهجرات الرأسية بفعل الرياح والأمواج في الطبقة العليا من المحيطات ، والتي تسمى & # 8220 طبقة الخلط. & # 8221 تمتد طبقة الخلط من السطح نزولاً إلى مستوى الماء البارد غير المختلط . تسمى الحدود بين هذه الطبقات بالحرارة. وحتى مع ذلك ، فإن الكائنات الحية تحيز توزيعها في الطبقة العليا من المحيط عن طريق الحركات النشطة أو السلبية الموجهة.

يمكن تحليل توزيع العوالق النباتية في عمود الماء عن طريق أخذ عينات المياه من أعماق مختلفة وتحديد كثافة الخلية. يوضح الشكل 7 وضعًا نموذجيًا خلال يوم هادئ بالقرب من جزيرة هيلغولاند في بحر الشمال. يتألف السكان بشكل أساسي من دينوفلاجيلات (سيراتيوم) التي تحركت صعودًا في الماء مكونة طبقة على السطح تسمى a & # 8220neuston & # 8221 في الصباح. في وقت لاحق من اليوم ، حوالي الظهر ، انتقلت الزنازين إلى مستوى أدنى. في اليوم التالي هبت ريح قوية. نتيجة لذلك ، تم توزيع الكائنات الحية العوالق النباتية بالتساوي داخل منطقة الخلط.

التلف الضوئي والحماية الضوئية للعوالق النباتية

الكائنات الحية العوالق النباتية في مأزق: فهي مجبرة على الانتقال إلى المنطقة الضوئية بسبب متطلباتها النشطة للإشعاع الشمسي ، ومن ناحية أخرى تتأثر بالإشعاع الشمسي المفرط. تعمل الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي القصير بشكل خاص على تبييض أصباغ التمثيل الضوئي وتفكيك الجزيئات الحيوية الأخرى المهمة بما في ذلك البروتينات والدهون. تحت التعرض للإشعاع الشمسي ، تشكل الكروموفورات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي تؤثر على المكونات الهيكلية والوظيفية للخلية. خاصة أن المادة الوراثية للخلية ، الحمض النووي ، هي هدف رئيسي للإشعاع الشمسي. يؤدي التعرض لأشعة UV-B الشمسية (280 & # 8211315 نانومتر) إلى تكوين ثنائيات لقواعد الثايمين أو السيتوزين المجاورة في جزيء الحمض النووي ، الشكل 8.

الشكل 8. ثايمين ثايمرز. الشكل 10. فصل HPLC من MAAs.

تظهر أطياف الامتصاص الخاصة بـ MAAs المنفصلة حدود امتصاص مختلفة منتشرة فوق منطقة UV-A ، الشكل 11.

الشكل 11. مكتبة من مختلف MAAs.

تحتوي بعض الكائنات الحية دائمًا على مستوى معين من MAAs. في حالات أخرى ، يتم تحفيز تخليق MAA عن طريق التعرض للإشعاع الشمسي. تظهر أطياف العمل المقاسة مؤخرًا أن التخليق الحيوي ناتج عن الأشعة فوق البنفسجية ، الشكل 12.

بعض الكائنات الحية صغيرة جدًا حتى لا يكون التركيز العالي لهذا الواقي من الشمس فعالاً. ومع ذلك ، عند تحليلها على مستوى السكان ، يمكن أن تكون الحماية فعالة. على سبيل المثال ، في الحصائر الميكروبية تمتص الكائنات الموجودة في الطبقة العليا معظم الأشعة فوق البنفسجية الضارة التي تحمي الطبقات السفلية. تسمح الحركة النشطة داخل السجادة بتعديل دقيق لمستوى الضوء الذي يستقبله كل فرد.

الهدف الآخر للأشعة فوق البنفسجية الشمسية الضارة هو جهاز التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء. يتم حصاد الطاقة الشمسية بواسطة أصباغ التمثيل الضوئي ونقلها إلى مراكز التفاعل حيث يتم استخدامها لتحفيز التحلل الضوئي للمياه وتوليد الطاقة وتقليل المواد المطلوبة لبناء الجزيئات العضوية من الماء وثاني أكسيد الكربون. يمكن أن تتسرب الطاقة الزائدة من الكلوروفيل المثير إلى الأكسجين الجزيئي الذي يشكل بعد ذلك الأكسجين المفرد ، وهو نوع جزيئي شديد التفاعل يعمل على تكسير البروتينات والأصباغ والجزيئات الحيوية الخلوية الحيوية الأخرى. من أجل حماية جهاز التمثيل الضوئي ، تستخدم الخلايا كاروتينات معينة تقع بالقرب من المراكز التفاعلية والتي تمتص الطاقة الزائدة وتريحها حرارياً قبل أن تلحق الضرر بجهاز التمثيل الضوئي.

آلية أخرى للحماية هي & # 8220photoinhibition & # 8221: الإشعاع الشمسي الزائد يعيق بروتينًا مركزيًا ، يشار إليه باسم D1 ، في سلسلة نقل الإلكترون من مركز تفاعل الكلوروفيل أ للمستقبل الأساسي (phaeophytin). تتم إزالة بروتين D1 التالف بعد ذلك بواسطة إنزيم يسمى البروتياز. تقلل هذه العملية من قدرة نقل الإلكترون لجهاز التمثيل الضوئي وبالتالي ضعفها. يمكن قياس التثبيط الضوئي من حيث الأكسجين المنتج ضوئيًا ، الشكل 13 ، أو من خلال العائد الكمومي للتمثيل الضوئي.

الشكل 13. O 2 القياس فى الموقع.

يمكن استخدام مضان تعديل سعة النبض (PAM) لقياس هذه العمليات غير الغازية من خلال مراقبة معلمات التألق. بعد التكيف المظلم ، تظهر العوالق النباتية عائد كمي مرتفع يصل إلى 70٪ من جميع الفوتونات المستخدمة في التمثيل الضوئي. عند التعرض للإشعاع المفرط ، ينخفض ​​هذا العائد بسرعة كبيرة إلى حوالي 20 ٪. عند العودة إلى مستويات الضوء المسموح بها ، يكون هناك انتعاش سريع إلى المستويات الأصلية. في حين أن معظم هذا التثبيط ناتج عن الضوء المرئي (الإشعاع النشط الضوئي ، PAR) ، فإن نسبة كبيرة منه ترجع إلى الأشعة فوق البنفسجية التي تمثل أكثر بكثير من جزء الطاقة في الإشعاع الشمسي ، الشكل 14.

Ferroni, L. Klisch, M. Pancaldi, S. and Häder, D.-P.: Complementary UV-absorption of mycosporine-like amino acids and scytonemin is responsible for the UV-insensitivity of photosynthesis in Nostoc flagelliforme. Mar. Drugs 8, 106-121 (2010)

Häder, D.-P.: Vertical migration and distribution of primary producers in aquatic ecosystems - The effects of enhanced solar UVB. فوتوتشيم. فوتوبيول. 65, 263-264 (1997).

Häder, D.-P. and Sinha, R.P.: Solar ultraviolet radiation-induced DNA damage in aquatic organisms: potential environmental impact. Mutation Research 571, 221-233 (2003).

Häder, D.-P., Hemmersbach, R. and Lebert, M.: Gravity and the Behavior of Unicellular Organisms. Developmental and Cell Biology Series, vol. 40. Cambridge Univ. Press 2005.

Häder, D.-P., Helbling, E.W., Williamson, C.E. and Worrest, R.C.: Effects of UV radiation on aquatic ecosystems and interactions with climate change. فوتوتشيم. فوتوبيول. علوم. 10, 242-260 (2011).

Häder, D.-P., Ntefidou, M., Iseki, M. and Watanabe, M.: Phototaxis photoreceptor in Euglena gracilis. In: Wada, M., Shimazaki, K. and Iino, M. (eds.): Light Sensing in Plants. pp. 223-229, Yamada Science Foundation and Springer-Verlag, Tokyo, (2005).

Helbling, E.W. and Zagarese, H. (eds.) UV effects in aquatic organisms and ecosystems. In Comprehensive Series in Photochemistry and Photobiology, vol. 1 (series eds. G. Jori and D.-P. Häder) RSC, London, 2003.

Klisch, M., Sinha, R.P., Helbling, E.W. and Häder, D.-P.: Induction of thymine dimers by solar radiation in natural freshwater phytoplankton assemblages in Patagonia, Argentina. Aquatic Sciences - Research Across Boundaries 67, 72-78 (2005).

Ntefidou, M., Iseki, M., Watanabe, M., Lebert, M. and Häder, D.-P.: Photoactivated adenylyl cyclase controls phototaxis in the flagellate Euglena gracilis. نبات فيزيول. 133, 1517-1521 (2003).

Rastogi, R.P., Richa, Singh, S.P., Häder, D.-P. and Sinha, R.P.: Mycosporine-like amino acids profile and their activity under PAR and UVR in a hot-spring cyanobacterium Scytonema sp. HKAR-3. Australian Journal of Botany 58, 286–293 (2010).

Rastogi, R.P., Richa, Sinha, R.P., Singh, S.P. and Häder, D.-P.: Photoprotective compounds from marine organisms. J. Ind. Microbiol. التكنولوجيا الحيوية. 37, 537–558, (2010).

Richter, P., Ntefidou, M., Streb, C., Lebert, M. and Häder, D.-P.: The role of reactive oxygen species (ROS) in signaling of light stress. Recent Res. Devel. بيوتشيم. 4, 957-970 (2004).


Are there any other health issues related to UV radiation?

بالإضافة إلى سرطان الجلد, exposure to UV rays can cause other health problems:

  • UV rays, either from the sun or from artificial sources like tanning beds, can cause sunburn.
  • Exposure to UV rays can cause premature aging of the skin و signs of sun damage such as wrinkles, leathery skin, liver spots, actinic keratosis, and solar elastosis.
  • UV rays can also cause eye problems. They can cause the cornea (on the front of the eye) to become inflamed or burned. They can also lead to the formation of cataracts (clouding of the lens of the eye) and pterygium (tissue growth on the surface of the eye), both of which can impair vision.
  • Exposure to UV rays can also weaken the immune system, so that the body has a harder time fending off infections. This can lead to problems such as reactivation of herpes triggered by exposure to the sun or other sources of UV rays. It can also cause vaccines to be less effective.

Some people are more sensitive to the damaging effects of UV radiation. Some medications can also make you more sensitive to UV radiation, making you more likely to get sunburned. And certain medical conditions can be made worse by UV radiation.


Is UV radiation more likely to cause mutations during mitosis? - مادة الاحياء

At a replicon, one strand of DNA is made in a continuous manner (the leading strand) and the other in a discontinuous manner (the lagging strand).
DNA is made in only the 5-prime to 3-prime direction and the replication bubble opens the original double stranded DNA to expose both a 3-prime to 5-prime template (Leading strand template) and it complement.
The lagging strand must be synthesized as a series of discontinuous segments of DNA.
These small fragments are called Okazaki fragments and they are joined together by an enzyme known as DNA ligase.

DNA synthesis is not perfect initially, so a proofreading mechanism is performed by a 3-prime to 5-prime exonuclease activity that is part of DNA polymerase enzyme itself.
Since DNA polyerase requires a template and a free 3-prime hydroxyl group to add nucleotides on to, RNA primers are required to initiate DNA polymerization.
An enzyme, primase which is part of a large complex of proteins called the primosome, synthesizes a small stretch of RNA (the primer) of 3-10 nucleotide in length, which will act as a starting site for the DNA polymerase.
Okazaki fragments are initally made with RNA 5-prime ends which is digested away by the 3-prime to 5-prime exonuclease activity of the adjacent DNA polymerase enzyme just prior to the ligation of the two fragments.
To make the DNA single stranded in the first place to allow DNA synthesis, the DNA must be unwound.
Unwinding double stranded DNA requires helicases, topoisomerases and single-strand binding proteins (SSBPs).
The proteins discussed above form a ribosome-sized complex referred to as the replisome.
Arrangement of the replisome such that the lagging-strand is "looped around" allows the machinery to move in one direction while synthesizing DNA from strands in opposing polarities.

As DNA synthesis requires a RNA primer that will eventually be digested away, standard DNA replication would result in linear chromosmes that would shrink with every round of replication.
This is resolved in bacteria by the circular genome which does not have an end.
In linear chromosomes, a specialized structure the telomere solves the end of DNA replication problem.
Telomeres have highly repeated DNA sequences 5'-TTAGGG-3'.
Human chromosomes have between 100 and 1500 copies of this sequence.
Telomerase, a special DNA polymerase, can add additional copies of the 5'-TTAGGG-3' to the end of a chromosome.
The telomerase enzyme is actually a complex containing protein and RNA (a "ribozyme").
The RNA portion has a 5'-CCCTAA-3' region that acts as a template for adding the DNA repeat to the chromosome ends.
The telomerase enzyme is found mostly in the germ cells of multicellular organisms.
In somatic cells, the absence of telomerase results in shorter chromosomal ends with each division and may be the limiting factor in an organism's life span.

DNA repair

Excision repair mechanisms remove abnormal nucleotides to correct mutations.
Base excision repair mechanisms first remove a damaged base then causes excision of the remaining sugar-phosphate unit.
Pyrimidine dimers and other bulky lesions are removed through nucleotide excision repair (NER).
NER causes two nicks which leads to the removal of a stretch of damaged single-stranded DNA (12 in بكتريا قولونية and 29 in humans).
Mismatch repair corrects mutations of non-complementary bases that become included in DNA during replication that are not fixed by proof-reading.
The original strand is recognized as such by the action of DNA methylases (the old DNA strand is methylated).
Mismatch repair endonucleases cut the sugar phosphate backbone (a nick) and an exonuclease removes the incorrect nucleotides from the nicked strand.

Nuclear and Cell Division

1) Prophase:
The chromosomes begin to condense and become visible by light microscopy.
The two sister chromatids appear to be attached at the centromere.
The two centrosomes (which were duplicated during S-phase) begin to move to opposite ends of the cell.
The centrosomes begin assemble of the microtubule-containing structure, the mitotic spindle with dense asters forming at each centrosome.
The cytoskeletal microtubules disassociate and the tubulin is added to the mitotic spindle.
In animal cells but not plant cells, centrioles are located at the core of the centrosomes.

2) Prometaphase:
The nuclear membrane breakdown.
Centrosomes stop as locations at opposite poles of the cell.
As the nuclear membrane is no longer present, mitotic spindle microtubules make contact with the chromosomes with the CEN DNA sequences of the chromosomes centromere to form the kinetochore (a protein-DNA complex).
Each chromosome develops two kinetochores, one for each sister chromatid.
The kinetochores bind the free ends of the mitotic spindle microtubules to attach the chromosomes to the mitotic spindle.
The chromosomes are forced toward the centre of the cell.
The mitotic spindle microtubules can attach to the kinetochores (kinetochore microtubules), to microtubules from the other pole (polar microtubules) and to the proteins of the inner plasma membrane (aster microtubules).

3) Metaphase:
The chromosomes are completely condensed.
The chromosomes are paused and aligned at the metaphase plate, a plane half-way between the poles.
A mitotic karyotype can be constructed from cells arrested at metaphase.

4) Anaphase:
Sister chromatids separate and begin to move to opposite poles.
In anaphase A, the chromosomes are pulled by the centromeres towards the poles as the kinetochore microtubules shorten.
In anaphase B, the poles push apart as the polar microtubules get longer.
Anaphase A and B may occur in this order or at once, depending upon cell type.

5) Telophase:
The daughter chromosomes arrive at the pole and begin to revert to chromatin.
The nucleoli develop, the spindle disassembles and the nuclear envelope reappears.
Cytokinesis occurs.

The assembly of the mitotic spindle microtubules and chromosome attachment is key to ability of the mitotic spindle to move the chromosomes during mitosis.
The tubulin subunits have polarity and assembly of the mitotic spindle microtubules occurs with the minus (-) end located at the centrosome and the plus (+) end growing out.
The mitotic spindle microtubules are dynamic structures that are continually growing and shrinking by the addition and loss of tubulin subunits.
As the plus end is so named because it grows far faster than the minus end, this is where most of the increase in microtubule length occurs.
During late prophase, microtubule-forming speed up.
With the dissolution of the nuclear membrane, the plus ends of the mitotic spindle microtubules make contact with the kinetochores.
The chromosomes are both pushed and pulled into alignment by the mitotic spindle microtubules.
With anaphase, the centromeres split and the chromosomes separate and move towards opposite poles due to the action of motor proteins.

Cytokinesis divides the cytoplasm after the chromosomes have been sorted to complete the process of cell division.
Cytokinesis is not necessarily closely linked to nuclear division.
There are numerous examples of the nuclear division without cytokinesis such as early Drosophila development involves several rounds of replication without cytokinesis (the cells form later).
Cytokinesis in animal cells depends upon formation of the cleavage furrow.
This is dependent upon the tightening of a contractile ring of actin microfilaments through the action of myosin (and ATP) to pinch the cell into two.
Cytokinesis in plant cells produce a cell plate between separated daughter nuclei.
The cell plate is formed from materials (polysaccharides and glycoproteins) provides by vesicles derived from the Golgi apparatus.

تنظيم دورة الخلية

Cell cycle control molecules were first discovered through cell fusion experiments in the 1970s.
The fusion of cells in different stages of the cell cycle (to form a heterokaryon) demonstrated that latter stages possess factor trigger progression.
G1 + S -> G1 nucleus enters S phase immediately.
S + G2 -> G2 nucleus does not enter S phase before mitosis.
M+ G1, S or G2 -> non-M phase nuclei enters mitosis, whether or not the DNA is duplicated.

The work of Dr. Masui (University of Toronto) initiated the identification of the cell cycle control molecules.
Frog oocytes are arrested in G2 until a hormone stimulates the egg to continue maturation (immature egg).
With hormonal stimulation, the eggs proceeds to once again be arrested in metaphase II of meiosis, awaiting fertilization (mature egg).
Injection of cytoplasm from a mature egg into an immature egg results in the later beginning meiosis.
The Maturation-Promoting Factor (MPF) which moves cells through the G2 checkpoint is a highly conserved factor now known as the mitosis promoting factor (MPF).
Yeast mutant strains that have defective cell cycle were identified.
One carried a mutant form of a gene (cdc2) which encodes one of the two protein that make up the MPF.
The yeast cdc2 gene encodes a cyclin-dependent protein kinase (Cdk) which is only active when bound to one of the cyclin family of proteins (the second protein in MPF).
Certain cyclins are present only during certain stages of the cell cycle.
There are several cyclin-dependent kinases and several cyclins which control the G1 checkpoint (G1 Cdk s and G1 cyclins) and the G2 checkpoint (mitotic Cdk s and mitotic cyclins).

Once bound to the cyclin, the mitotic cyclin-dependent kinase complex (or MPF) phosphorylates proteins involved in the early stages of mitosis.
The active MPF stimulates the breakdown of the nuclear envelope, chromosome condensation, mitotic spindle formation and degradation of key proteins.
The mitotic Cdk-cyclin complex (MPF) also controls the spindle assembly checkpoint by activating the anaphase promoting complex.
The DNA damage checkpoint is regulated by p53, "the Guardian of the Genome"!

The G1 Cdk-cyclin complex controls the G1 checkpoint by the phosphorylation of a number of proteins.
One main target is the retinoblastoma (Rb) protein.
Phosphorylation of Rb prevents the binding and inactivation of the transcription factor E2F.
When E2F is then active to allow the transcription of a number of gene products that are essential to trigger S phase.
Please note that during M phase, Rb is dephosphorylated and E2F is inhibited.
In summary, the cell cycle is regulated by the control of checkpoints by cyclin-Cdk complexes.


DNA repair (Damage and Sources)

تعريف: DNA repair, any of several mechanisms by which a cell maintains the integrity of its genetic code. In human cells, both normal metabolic activities and environmental factors such as radiation can cause DNA damage, resulting in as many as 1 million individual molecular lesions per cell per day. DNA repair ensures the survival of a species by enabling parental DNA to be inherited as faithfully as possible by offspring. It also preserves the health of an individual. Mutations in the genetic code can lead to cancer and other genetic diseases.

As a consequence, the DNA repair process is constantly active as it responds to damage in the DNA structure. When normal repair processes fail, and when cellular apoptosis does not occur, irreparable DNA damage may occur, including double-strand breaks and DNA cross-linkages (interstrand crosslinks or ICLs). This can eventually lead to malignant tumors or cancer as per the two hit hypothesis.

Successful DNA replication requires that the two purine bases, adenine (A) and guanine (G), pair with their pyrimidine counterparts, thymine (T) and cytosine (C). Different types of damage, however, can prevent correct base pairing, among them spontaneous mutations, replication errors, and chemical modification.

Genomic mutations can also be carried over into daughter generations of cells if the mutation is not repaired prior to mitosis. Once cells lose their ability to effectively repair damaged DNA, there are three possible responses.

The cell may become senescent, i.e., irreversibly dormant. In 2005, multiple laboratories reported that senescence could occur in cancer cells in vivo as well as in vitro, stopping mitosis and preventing the cell from evolving further.

The cell may become apoptotic. Sufficient DNA damage may trigger an apoptotic signaling cascade, forcing the cell into programmed cell death.

The cell may become malignant, i.e., develop immortal characteristics and begin uncontrolled division.

The 2015 Nobel Prize in Chemistry was awarded to Tomas Lindahl, Paul Modrich, and Aziz Sancar for their work on the molecular mechanisms of DNA repair processes.

DNA damage and Sources: DNA damage, due to environmental factors and normal metabolic processes inside the cell, occurs at a rate of 10,000 to 1,000,000 molecular lesions per cell per day. While this constitutes only 0.000165% of the human genome’s approximately 6 billion bases (3 billion base pairs), unrepaired lesions in critical genes (such as tumor suppressor genes) can impede a cell’s ability to carry out its function and appreciably increase the likelihood of tumor formation and contribute to tumor heterogeneity.

Often when DNA is damaged, the cell chooses to replicate over the lesion instead of waiting for repair (translesion synthesis). Although this may lead to mutations, it is preferable to a complete halt in DNA replication, which leads to cell death. On the other hand, the importance of proper DNA repair is highlighted when repair fails. The oxidation of guanine by free radicals leads to G-T transversion, one of the most common mutations in human cancer.

There are several types of damage to DNA due to endogenous cellular processes:

  • Oxidation of bases (e.g. 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG)) and generation of DNA strand interruptions from reactive oxygen species,
  • Alkylation of bases (usually methylation), such as the formation of 7-methylguanosine, 1-methyladenine, 6-O-Methylguanine
  • Hydrolysis of bases, such as deamination, depurination, and depyrimidination.
  • “Bulky adduct formation” (i.e., benzo(a)pyrene diol epoxide-dG adduct, aristolactam I-dA adduct)
  • Mismatch of bases, due to errors in DNA replication, in which the wrong DNA base is stitched into place in a newly forming DNA strand, or a DNA base is skipped over or mistakenly inserted.
  • Monoadduct damage caused by a change in single nitrogenous base of DNA
  • Diadduct damage

DNA can be attacked by physical and chemical mutagens. Physical mutagens are primarily radiation sources, including UV (200-300 nm wavelengths) radiation from the sun. UV radiation produces covalent bonds that crosslink adjacent pyrimidine (cytosine and thymine) bases in the DNA strand. Ionizing radiation (X-rays) initiates DNA mutations by generating free radicals within the cell that create reactive oxygen species (ROS) and result in single-strand and double-strand breaks in the double helix. Chemical mutagens can attach alkyl groups covalently to DNA bases nitrogen mustard compounds that can methylate or ethylate the DNA base are examples of DNA alkylating agents. Procarcinogens are chemically inert precursors that are metabolically converted into highly reactive carcinogens. These carcinogens can react with DNA by forming DNA adducts, i.e., chemical entities attached to DNA.

It is important to distinguish between DNA damage and mutation, the two major types of error in DNA. DNA damage and mutation are fundamentally different. DNA damage can be recognized by enzymes, and thus can be correctly repaired if redundant information, such as the undamaged sequence in the complementary DNA strand or in a homologous chromosome, is available for copying. If a cell retains DNA damage, transcription of a gene can be prevented, and thus translation into a protein will also be blocked. Replication may also be blocked or the cell may die.

Hereditary nonpolyposis colorectal cancer results from a mutation in the MSH2 and MLH1 proteins, which repair mismatches during replication. Xeroderma pigmentosum (XP) is another condition that results from failed DNA repair. Patients with XP are highly sensitive to light, exhibit premature skin aging, and are prone to malignant skin tumors because the XP proteins, many of which mediate nucleotide excision repair, can no longer function.

However, infrequent mutations that provide a survival advantage will tend to clonally expand at the expense of neighboring cells in the tissue. This advantage to the cell is disadvantageous to the whole organism because such mutant cells can give rise to cancer. Thus, DNA damage infrequently dividing cells, because it gives rise to mutations, is a prominent cause of cancer. In contrast, DNA damage in infrequently-dividing cells is likely a prominent cause of aging.


شاهد الفيديو: ما هي الأشعة فوق البنفسجية ما هو الفرق بين UVAUVBUVC - La différence entre les types dUV (شهر فبراير 2023).