A dnk pusztító az egész közeli infravörös sugárzási tartomány • Igor játékai • Tudományos hírek
Kísérletek plazmid DNS besugárzással infravörös hullámhosszúságú fény 2,2 mikron azt mutatta, hogy megszakad a DNS szála nem ritkábban fordulnak elő, és gyakrabban, mint a közeli infravörös tartományban. A molekuláris mechanizmusa ez az eljárás nem társított elektronok megjelenő fény abszorpcióját, és a hidroxil-gyökök OH, amely, amikor egy nagy csúcsteljesítmény vált elforgathatóan izgatott hatékonyan és vágjuk egy vagy mindkét szál a DNS molekula.
A sugárzás DNSre gyakorolt hatása
Általánosságban a besugárzás során a DNS megsemmisítése különböző okokból előfordulhat. A legtöbb banális a hőhatás, és ez az első dolog, ami eszembe jut, amikor infravörös sugárzásról beszélnek. Az élő szövetbe belépő sugárzás nagy áramlása helyi energiafelszabaduláshoz vezet, ami a hőmérséklet emelkedését eredményezi, ami a DNS-molekulának bomlását vagy összeomlását okozza.
A molekuláris fizika szempontjából a DNS-szál felszakadása egyszerűen egyes kémiai kötések szakadását jelenti. A kettős szünet két ilyen esemény mindkét szálon, amelyek nagyon közel álltak egymáshoz. Ha egyetlen szünetet meg lehet még javítani a második (komplementer) szál molekulájának kitöltésével, akkor a kettős szünet egyszerűen a DNS-t részekre vágja. Elvileg nem nehéz megszervezni egy ilyen szünetet - csak nagy mennyiségű energiát kell átadni a DNS-molekulának, és azt közvetlenül át kell vinni. Ez az energia eltávolítja a molekulából számos elektronot, a benne lévő kémiai kötéseket megsértik, és a szálakat megtörik. Ezek a folyamatok a DNS ionizációs küszöbértéke fölött kezdődnek, ami több tucat elektronvoltot jelent. A nagy energiájú ionizáló sugárzás esetében ez a cselekvés legfontosabb mechanizmusa. Az anyag ionizációjának köszönhetően a megaelektronvoltokban lévő energiával rendelkező részecskék több ezer elektronot produkálnak az elveszett energia MeV-n keresztül, és mindegyik elektronnak van esélye a DNS-szál megtörésére. Azonban az alacsonyabb energiájú részecskéknél a "brute force" miatt bekövetkező szünet már nem működik. Például egy optikai foton energiája csak 2 eV, ami jóval kisebb, mint az ionizációs küszöb; az infravörös fotonok energiája még kevésbé. Ráadásul a sugárzás hatására az energia általában nem szabad DNS-molekulán, hanem közel egy folyadékkal felszabadulni. Ezért felmerül a kérdés, vajon ez a (már kis!) Energia továbbítható-e a DNS-hez, akár szálak szakadásához vezet, és ha igen, akkor pontosan hogyan történik.
A hidroxilgyökök szerepe
Az ionizáló sugárzással kiesett elektronokat általában a DNS különböző problémáinak fő forrásaiként tartják számon. De nem csak ezek. Három évvel ezelőtt ez látható volt. hogy az infravörös (IR) fény által alkotott hidroxilgyökök (OH-molekulák) szintén fontos szerepet játszanak ebben a folyamatban. Ezek a vízmolekulák "maradékai", amelyek erős fénytérségnek kitettek. Kezdetben, a lézer generál több impulzus gerjesztett (H2 O *) és ionizált (H2 O +) a vízmolekulák, amely aztán egymással ütköznek és cseréje proton: H2 O * + H2 O + → OH + H3 O +. A hidroxilgyökök instabilak, örömmel választják ki a környező anyag hidrogénatomját, ha rendelkezésre állnak. A DNS-molekula közelében kialakult OH-gyökök eljutnak, és többszörös ütközés következtében az egyik hidrogénatomja vízmolekulává változik. A DNS-váz "vázában" a hidrogén elvesztése a kémiai kötések szerkezetének átalakítását és az izzószál felszakadását eredményezi.
Ábra. 2. A plazmid DNS térbeli konfigurációjának elektroforézise. Három különböző formája különböző sebességgel mozog elektromos mező hatása alatt. A csíkok relatív fényességével meghatározhatjuk az egyes formák DNS-arányát. A jobb oldali képen látható, hogy a besugárzást megelőzően (-) a szinte minden DNS túlhegesztett állapotban van, és a besugárzás után (+) más formákba kerül. A kérdéses cikkből származó kép
Erre a kísérletező bakteriális plazmid DNS - kis gyűrű hengerelt darabokra DNS-molekulák, amelyek normál állapotban vannak formájában „supercoiled” spirál (úgynevezett DNS szuperspirálosodását). A szupercoiling képessége a DNS egyik fontos jellemzője, amely segít a kompakt tárolásában és a funkciók teljesítésében. Az egyik szál felszakadása lehetővé teszi a szuperhelix kibontakozását - ez egy "nyugodt" forma; a kettős szünet lineáris molekulává alakul (1. ábra). Mindhárom formát hatékonyan elválasztják egy standard gélelektroforézis technikával (2. ábra), mivel "villámcsapás" villamos mező hatásán keresztül különböző sebességgel történik. Ezért összehasonlítjuk a csíkok besugárzás előtt és a besugárzás után, lehetséges, aszerint, hogy azok a fényerőt hogy mit százalékos szupertekeredett plazmid válik nyugodt vagy lineáris formában.
Annak megismeréséhez, hogy mely molekuláris mechanizmusok törik meg a DNS-t, a kísérletezők hozzáadják a megoldáshoz azokat a különleges anyagokat, amelyek gyorsan felszívják a szabad elektronokat vagy szabad OH-gyököket, ezáltal semlegesítik hatásukat. A DNS-szétválasztás százalékos arányának meghatározása az elektron-semlegesítő vagy radikálisan semlegesítő szerek koncentrációjától függően következtetéseket vonhat le DNS-pusztulásukban betöltött szerepükről. Például ha az elektronok fontos szerepet játszanak a DNS megsemmisítésében, akkor semlegesítik a diszkontinuitások számát. Ha nem játszanak szerepet, akkor ez nem fog változni.
Ábra. 3. A pBR322 plazmid DNS konfigurációja besugárzás előtt (-) és besugárzás után (+). Balra. besugárzás 1,35 μm hullámhosszon, jobb oldalon. 2,2 μm hullámhosszon. A fekete, vörös és kék színek a kezdeti (szupertekercselt), nyugodt és lineáris konfigurációkat mutatják. A kérdéses cikkből származó kép
Általában elfogadhatónak tekinthető, hogy a hosszabb hullámhosszúságok, annál gyengébbek - egy rögzített teljesítménynél - az általa okozott hatások, mivel az egyes fotonok energiája kisebb lesz. Az új kísérletek eredményei teljesen ellentmondanak ennek a feltevésnek. Megállapítást nyert, hogy a 1,35 μm és 2,2 μm hullámhosszú sugárzás erősebben elpusztítja a DNS-t. mint a korábbi IR-fényű kísérletekben. Három perc besugárzás után a minta szinte feltekert szekvenciájának szinte mindegyikét legalább egy szálban megtörték (3. ábra). Ezen túlmenően 2,2 μm-nél az összes DNS-ből szignifikáns frakció kap egy dupla szünetet, és lineárisvá válik (ezt a tényt a 2. és a 3. ábrán hangsúlyoztuk).
Annak bizonyítására, hogy a hosszú hullámú infravörös sugárzás az OH-radikálisoknak köszönhetően az elektronok helyett inkább a DNS-re hat ki, a kísérletezők különböző koncentrációjú semlegesítő adalékanyagokkal végzett mérések sorozatát végezték. Kiderült, hogy az elektron semlegesítőszerek gyakorlatilag nem változtatják meg a DNS törések százalékát, és az OH-radikálisok semlegesítői jelentősen csökkentik azt. Ráadásul a lineáris DNS százalékos aránya az OH-semlegesítő koncentrációjának növekedésével sokkal gyorsabban csökken, mint a relaxált százalék. Ez azt jelenti, hogy a mechanizmus a kettős törések - ez valószínűleg nem egy csapásra az OH molekula, azonnal törés mindkét szál, két hasonló, de független hatását, amelyek mindegyike osztja a húr. Eddig ezt a kérdést nem tesztelték kísérletileg.