Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
12. Молекулярное действие фотолиазы
Фотореактивация, как и репарация в целом, это ферментативный процесс. Фермент ДНК – фотолиаза в темноте перемещается вдоль молекулы ДНК, отыскивает димер и фиксируется около него. При облучении сине-фиолетовым светом или действии ближнего УФ-света (310 ÷ 480 нм) фотолиаза использует энергию этого света и восстанавливает исходную структуру ДНК, мономеризуя димеры. Следовательно, фотореактивация – это безошибочно функционирующая высокоспецифичная система, устраняющая лишь один, но важнейший, фотопродукт – циклобутановые димеры пиримидинов. Поэтому ослабление любого биологического эффекта УФ-излучения при последующем освещении видимым светом рассматривается как доказательство участия в этом эффекте димеров как непосредственных продуктов воздействия УФ-излучения.
Другие системы репарации, имеющиеся в клетке, менее специфичны, чем фотореактация, не нуждаются в свете и, наряду с димерами, способны устранять и другие изменения структуры ДНК. Существование репаративных систем обеспечивает генетическую стабильность ДНК и представляет собой важнейший механизм относительной стабильности органических видов.
Возникновение при воздействии УФ-излучения молекулярных повреждений ДНК, не устраняемых или устраняемых не полностью репаративными системами клетки, также фотодеструкция белков и биологических мембран обуславливает развитие многочисленных биологических эффектов.
Первым мы рассмотрим летальный эффект, который оказывает УФ-излучение на вирусы, бактерии, грибки и простейших. Летальное действие ультрафиолета на фаги и вирусы показано во многих работах для вирусов гриппа, респираторных и кишечных вирусов, энтеровирусов и других и выражается в потере ими способности к внутриклеточному размножению.
В механизме летального эффекта главную роль играет образование пиримидиновых димеров в молекулах нуклеиновых кислот. Это подтверждается рядом данных. Во-первых, кривая спектральной зависимости летального эффекта совпадает с кривой поглощения УФ-излучения нуклеиновыми кислотами. Во-вторых, наблюдается прямая пропорциональная зависимость между количеством тиминовых остатков в ДНК и эффективностью летального действия. В-третьих, в составе ДНК облученных ультрафиолетом клеток, обнаружены димеры, количество которых возрастает с дозой радиации. В-четвертых, наблюдается эффект фотореактивации летального действия. При снижении активности системы репарации бактерицидное действие возрастает. Образование димеров в ДНК ведет к гибели клетки вследствие:
а) возникновения летальной мутации,
б) потери хотя бы одной из молекул ДНК, способности к репликации за счет нерепарированных сшивок ДНК – ДНК или ДНК – белок,
в) нарушения процесса транскрипции.
Максимальной бактерицидной активностью обладает УФ-излучение с длиной волны от 254 нм до 265 нм, т.е. в области максимума поглощения нуклеиновыми кислотами. Однако и фотоинактивация белков, и недимерные повреждения ДНК вносят значительный вклад в механизм летального эффекта. Так, в спорах микроорганизмов, обладающих большой устойчивостью к УФ-излучению, димеры практически не образуются, т.к. молекулы частично обезвоженной ДНК упакованы в спорах особым образом, препятствующим замыканию циклобутановых связей димеров. Поэтому основным фотопродуктом в спорах считается нерепарируемое в ходе фотореактивации производное тимина – 5-тиминил-5,6-дигидротимин.
У простейших одноклеточных животных, таких как инфузории, амебы и другие, воздействие полного спектра УФ-излучения (200 ÷ 400 нм) вызывает изменение темпа деления клеток и их гибель. Однако в этом процессе наблюдается несколько фаз. Непосредственно после облучения скорость деления уменьшается, и часть клеток гибнет. Выжившие клетки повторно делятся, но потом частота митозов вновь падает, и часть клеток погибает. Лишь через 2-4 недели наступает окончательное выздоровление или гибель. В экспериментах удалось показать, что УФ-излучение области С, соответствующее максимуму поглощения нуклеиновыми кислотами, вызывает отсроченную гибель простейших, подверженную фотореактивации и, следовательно, обусловленную образованием димеров. Длинноволновое «экологическое» УФ-излучение вызывает только раннюю, до наступления первого митоза, гибель клеток или раннюю задержку их деления. Эти повреждения не устраняются системой фотореактивации и связаны, очевидно, с денатурацией и фотолизом мембранных и цитоплазматических белков, т.е. с изменениями паранекротического типа, индуцируемыми не только УФ-излучением, но и многими другими агентами.
Таким образом, в механизме биологического действия экологического УФ-излучения доминирует повреждение белков и мембран клетки, менее репарируемое, чем повреждение ДНК. В то же время, это излучение на 3 – 5 порядков менее эффективно, чем УФ-излучение в области 240 – 290 нм. В эффекте экологического УФ-излучения важная роль принадлежит фотолизу мембранных антиоксидантов – токоферолов. Это приводит к активации свободнорадикального окисления липидов и вторичному поражению белков и нуклеиновых кислот продуктами перекисного окисления. С другой стороны, эндогенные фотосенсибилизаторы (остатки триптофана) могут способствовать образованию сшивок ДНК – белок и других фотопродуктов. Экологическое УФ-излучение вносит большой вклад в бактерицидное действие естественной солнечной радиации. Доза этого излучения за летний день достаточна велика и на порядок превышает ЛД90 для самых устойчивых микроорганизмов.