Как ДНК защищает себя от воздействия ультрафиолета?

21.10.201510100

Ультрафиолетовое (УФ) излучение часто повреждает ДНК человека. Исследователи из Кильского Университета (Kiel University, Германия) и Университета Бристоля (University of Bristol, Великобритания) впервые наблюдали за тем, что происходит в структурных элементах ДНК при воздействии на них УФ светом, а также за тем, как эти элементы защищают себя от разрушения. Результаты исследования показали, что молекулы используют поглощенную энергию, чтобы инициировать реакцию, которая препятствует возникновению изменений в генах. Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie (Applied Chemistry).

ДНК человека состоит из оснований аденина, гуанина, цитозина и тимина. Химики воздействовали ультракоротким вспышками света на пары оснований гуанина и цитозина для имитации УФ-излучения. Только с помощью применения метода фемтосекундной спектроскопии они смогли выявить защитный молекулярный механизм, поскольку данный процесс протекает в течение нескольких квадриллионных долей секунды.

Ученые выяснили, что при воздействии вспышки света у пары оснований во время так называемого процесса переноса протона с участием электрона (EDPT, electron-driven proton transfer process) происходит смещение атома водорода, однако сразу же происходит возвращение к первоначальной структуре. По словам профессора Фридриха Темпса (Friedrich Temps), руководителя Кильской исследовательской группы из Института Физической Химии (Institute of Physical Chemistry, Германия), природа использует эту реакцию для усиления защиты ДНК от света. «Структурные элементы ДНК сами облегчают чрезвычайно сложные и очень медленно активируемые механизмы восстановления с использованием ферментов. В этом году открытие этих ферментов было удостоено Нобелевской премии по химии. Без пассивных процессов, которые мы наблюдали, активные механизмы восстановления клеток были бы перегружены», – комментирует профессор Эндрю Орр-Юинг (Andrew Orr-Ewing), руководитель исследовательской команды в Бристоле.

Однако в некоторых случаях пара оснований не в состоянии вернуться к исходному состоянию, поскольку в результате процесса переноса протонов с участием электронов происходит смещение двух атомов водорода. «Такой продукт может быть мутагенным предшественником и вызвать повреждение ДНК», – говорит доктор Катарина Рёттгер (Katharina Röttger), участница английской научной группы, получившая докторскую степень в Кильском Университете. Дальнейшие исследования должны показать, что происходит с этой молекулой. «Мы только можем сказать, что потенциально мутагенная молекула выжила в течение нашего периода измерения в одну наносекунду (= одна миллиардная секунды)», – говорит Рёттгер.

Сейчас ученые хотят установить, происходят ли те же самые процессы в длинной цепи ДНК. Однако многие взаимодействия внутри и между молекулами и в водородных мостиках затрудняют этот процесс. Чрезвычайно быстрые реакции часто замаскированы медленными реакциями. По мнению профессоров Темпса и Орр-Юинга, инструменты анализа, используемые их исследовательскими группами, скоро помогут решить эту головоломку.

Катарина Рёттгер, обладатель премии факультета Кильского университета в 2014 г., вместе с коллегами исследовала химический процесс в парах оснований ДНК, используя чрезвычайно короткие импульсы света. (фото: Copyright Jürgen Haacks, Kiel University)

По материалам Christian-Albrechts-Universitaet zu Kiel

Оригинальная статья:
Katharina Röttger, Hugo J. B. Marroux, Michael P. Grubb, Philip M. Coulter, Hendrik Böhnke, Alexander S. Henderson, M. Carmen Galan, Friedrich Temps, Andrew J. Orr-Ewing, Gareth M. Roberts. Ultraviolet Absorption Induces Hydrogen-Atom Transfer in G⋅C Watson-Crick DNA Base Pairs in Solution. Angewandte Chemie International Edition, 2015; DOI: 10.1002/anie.201506940


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей