Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
оптического вращения и кругового дихроизма, при изучении температур
плавления спиралей, связывания формальдегида и красителей.
242 Глава XII. Действие УФ-света на нуклеиновые кислоты
Чрезвычайно важно, что из-за выраженных кооперативных свойств
макромолекул причиной функциональной инактивации могут быть не сами
элементарные фотохимические повреждения, а последующие конформационные
перестройки, затрагивающие систему слабых связей за пределами
повреждения. Так, фотохимические повреждения т-РНК, локализованные вне
антикодона, все же приводят к инактивации - нарушению комплементарного
связывания антикодона т-РНК с кодоном
и-РНК.
Известен и другой факт: фотоповреждения, локализованные в 30 S
рибосомальных частицах, не влияют на их прямую функцию, но приводят к
инактивации 50 S частиц, в состав которых входят заведомо другие молекулы
р-РНК.
16. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Как известно, ультрафиолетовое облучение приводит к блокированию или
модификации всех известных функций нуклеиновых кислот. При
фотоповреждении ДНК ингибируются трансформирующая активность и
способность к репликации и транскрипции, а также происходят различные
мутационные изменения, затрагивающие ци-строны, кодирующие структуру всех
белков, т-РНК и р-РНК. При локализации повреждения в и-РНК ингибируется
процесс связывания ее с рибосомами и т-РНК, утрачивается трансляционная
активность, искажается матричный смысл. Наконец, при прямом
фотоповреждении т-РНК подавляется ее акцепторная активность к
аминокислотам, изменяется структура антикодона и способность
комплексироваться с рибосомами и кодонами и-РНК. Конечным результатом
фотохимических повреждений нуклеиновых кислот являются гибель или
разнообразные мутации, а также всевозможные физиологические изменения
бактериофагов, клеток и организмов.
Очевидно, что биологическое значение могут иметь только те фотохимические
реакции в растворах нуклеиновых кислот, которые приводят к образованию
заметных количеств фотопродуктов уже в результате облуче-
16. Биологическое значение повреждений нуклеиновых кислот 243
ния минимальными биологически активными дозами УФ-света. Биологическую
значимость различных фотоповреждений ДНК можно оценить, сравнивая данные,
приведенные в табл. 12 и 13, составленных Сетлоу.
Если поперечное сечение (или вероятность) биологического эффекта намного
больше поперечного сечения образования фотопродукта, то данный
фотопродукт не играет существенной роли в конечном биологическом
макроэффекте. Исходя из этих соображений, можно утверждать, что
биологическая роль разрывов рибозо-фосфатного остова и поперечных сшивок
ДНК сомнительна (см. табл. 12). Все остальные рассмотренные фотопродукты
образуются в заметных количествах при облучении клеток биологически
активными дозами (например, D37) УФ-лучей и принимают то или иное участие
в различных биологических эффектах.
Таблица 12. Фотоповреждения ДНК
Виды повреждения Доза облучения, достаточная для одного повреждения,
Дж/м* (X = 254 нм)
Молекула ДНК <М~6Ю*) Е. coll Фаг T2
Разрывы цепей ~ 2-10* 40 -1-10"
Поперечные сшивки ДНК ~ 2-10* 40 ~Ы0"
Сшивки ДНК - белок - 3-Ю3 6 -1-102
Гидраты цитозина (в денатурированной ДНК) - 10 0,02 -0,5
Димеры тимина ~ 5 0,01 - 0,25
Считается, что за 30% всех видов УФ-поражений в биологических объектах
ответственны димеры тимина. В конечном счете парциальный вклад (П)
каждого типа фотопродуктов в биологический эффект будет определяться
тремя факторами: поперечным сечением поглощения (s), квантовым выходом
фотохимической реакции (ф) и вероятностью биологической реализации
элементарного повреждения (Р):
244 Глава XII. Действие УФ-света иа нуклеиновые кислоты
Таблица 13. Функциональная чувствительность биологических объектов к УФ-
свету
Объект Молекулярный вес ДНК Доза инактивации (?>а,), Дж/м*
Е. coli B/s 2,810" 0,1
Е. coli Н/г 30R 2,810" 20
Фаг Т2 1,3-10" 2,7
Трансформирующая ДНК Hemophilus influenzae 6-10" 20
Первый фактор, зависящий от нуклеотидного состава нуклеиновых кислот и их
конформации, наименее вариабелен (плюс-минус десятки процентов).
Более лабилен квантовый выход отдельных реакций. Фотохимические реакции в
полинуклеотидах нельзя рассматривать как сумму химических реакций
мононуклеотидов, нуклеозидов и азотистых оснований. Наконец, фотохимия
нуклеиновых кислот зависит не только от их состава, но и от конформации
макромолекулы (микроокружения). Например, скорость гидратации цитозина и
урацила в нативной ДНК и полиуридиладениловой кислоте намного меньше, чем
в денатурированной ДНК и полиуридиловой кислоте соответственно.
Вероятность образования димеров между пиримидиновыми основаниями ДНК
зависит от природы соседних оснований. Димерообразование подавлено в
бактериальных спорах, в сухой ДНК и замороженных растворах ДНК. Этот
процесс подавляется также связыванием интерка-ляционных красителей.
Значение третьего фактора в наибольшей степени зависит от типа
