Механізм пошкодження ДНК УФ-випромінюванням Uvc Вода

Стабільність ДНК надзвичайно важлива для правильного функціонування всіх клітинних процесів. Вплив УФ-випромінювання змінює структуру ДНК, впливаючи на фізіологічні процеси всіх живих систем, від бактерій до людини.

Ультрафіолетове випромінювання

Природне сонячне світло стимулює вироблення вітаміну D, важливої ​​поживної речовини для формування здорових кісток. Однак сонячне світло також є основним джерелом УФ-випромінювання. Особи, які піддаються надмірному впливу ультрафіолету, мають великий ризик розвитку раку шкіри. Існує три типи УФ-променів: UVA, UVB і UVC.

• УФ-промені (100-280 нм) є найбільш енергійними і шкідливими з трьох променів. На щастя, UVC поглинається озоновим шаром, перш ніж досягти поверхні землі.

• УФА-промені (315-400 нм) мають найнижчу енергію і здатні глибоко проникати в шкіру. Тривалий вплив був пов’язаний зі старінням і утворенням зморшок шкіри. УФА також є основною причиною меланоми.

• Промені UVB (280-315 нм) мають більш високу енергію, ніж промені UVA, і впливають на зовнішній шар шкіри, що призводить до сонячних опіків і засмаги. Базаліома і плоскоклітинна карцинома викликані УФВ-випромінюванням.

ДНК складається з двох комплементарних ланцюгів, які згорнуті в подвійну спіраль. Спадкове повідомлення хімічно закодовано і складається з чотирьох нуклеотидів аденіну (А), тиміну (Т), гуаніну (G) і цитозину (С).

УФВ-світло безпосередньо заважає зв’язку між нуклеотидами в ДНК. Двома основними пошкодженнями ДНК, що утворюються під впливом ультрафіолетового випромінювання, є димери циклобутану піримідину (CPD) і фотопродукти 6-4 піримідинпіримідону (6-4PPs), а також його ізомери Дьюара.

CPD утворюються, коли дві сусідні піримідинові основи (тимін –TT або цитозин – CC) стають ковалентно пов’язаними, утворюючи циклічну кільцеву структуру. 6-4PPs є результатом одного ковалентного зв'язку, утвореного між 5'-кінцем С6 і 3'-кінцем С4 сусідніх піримідинів. Це призводить до утворення нестабільного оксетанового або азетидинового проміжного продукту в залежності від того, чи є 3'-кінцева основа тиміном чи цитозином.

Подальша спонтанна перегрупування цих проміжних продуктів призводить до 6-4PP. Димери піримідину викликають згин в хребті ДНК, зупиняючи транскрипцію та синтез білка. 6-4 аддукти піримідин-піримідону піддаються ізомеризації до форми Дьюара під час впливу іншого фотона світла від випромінювання UVB або UVA. Найпоширенішою мутацією, індукованою UVB, є трансверсія C до T. Подвійні заміни підстав (CC на TT) також відбуваються, хоча і рідше.

Випромінювання UVA (а також UVB) викликає непряме пошкодження ДНК через поглинання фотонів хромофорами, які не є ДНК. При цьому утворюються активні форми кисню, такі як синглетний кисень або перекис водню, які окислюють основи ДНК, викликаючи мутації. Найпоширенішою мутацією є трансверсія GT, при якій гуанін окислюється в 8-оксо-7,8-дигідрогуанін (8-oxoG), що перешкоджає його сполучення з цитозином. Під час процесу реплікації 8-oxoG з’єднується з аденіном. Коли другий ланцюг синтезується, 8-oxoG замінюється тиміном, що призводить до трансверсії GT.

Ремонт ДНК

Генетичні ушкодження, викликані УФ-випромінюванням, часто відновлюються незабаром після їх утворення за допомогою процесу, який називається нуклеотидною ексцизійною репарацією. Фермент нуклеаза розпізнає і видаляє сегмент ДНК, що містить вогнище ураження. Потім полімераза вставляє правильні основи, а лігаза запечатує розрив. Однак, якщо накопичуються невідновлені пошкодження або механізм відновлення є несправним, це може призвести до загибелі клітин, мутагенезу і навіть раку.