Чтобы передаваться из поколения в поколение, геномная ДНК должна быть неповрежденной и лишенной ошибок. Однако каждый день ДНК клетка испытывает от нескольких тысяч до миллионов разрушительных событий, вызванных естественными причинами и внешними факторами. Ионизирующее излучение, такое как УФ-лучи, свободные радикалы, образующиеся во время клеточного дыхания, и гидролитические повреждения в результате метаболических реакций могут изменить структуру ДНК. Вызываемые повреждения включают изменение одного основания, димеризацию оснований, разрывы цепи и сшивки.
Химически модифицированная геномная ДНК может привести к ошибкам в процессах транскрипции и трансляции белка. Если поврежденная ДНК не будет репарирована до клеточного деления, мутации генома могут быть переданы следующим поколениям клеток. Некоторые из этих мутаций могут привести к неконтролируемому росту клеток, который перерастает в рак.
Клетка разработала надежные системы для обнаружения и устранения повреждений ДНК. Повреждение ДНК может быть репарировано с помощью ферментов, которые могут прямым путем обратить химическое изменение за одну реакцию. Например, фермент фотолиаза использует УФ-излучение для разделения димеров тимина путем вскрытия циклобутанового фрагмента, который удерживает димер тимина вместе.
Другие формы репарации представляют собой многоэтапный процесс, в котором
Если повреждение не подлежит репарации, клетка может либо стать стареющей, либо подвергнуться апоптозу. Старение клеток – это состояние, при котором клетка становится необратимо бездействующей, то есть больше не может подвергаться клеточному делению, и ее клеточный цикл останавливается на неопределенный срок. Апоптоз относится к запрограммированной гибели клеток, когда белки, называемые каспазами, разрушают клеточные компоненты, необходимые для выживания клеток. За этим следует переваривание ДНК ДНКазами, что приводит к уменьшению размера клетки и передаче сигналов группе лейкоцитов, называемых макрофагами, которые поглощают и удаляют клеточный мусор.
