Experimentele cu iradierea ADN-ului plasmidic cu lumină infraroșie, cu o lungime de undă de 2,2 microni, au arătat că rupturile de strand ADN apar nu mai rar, dar mai des decât în domeniul apropiat de infraroșu. Mecanismul molecular al acestui proces nu este asociat cu electronii care apar în absorbția luminii și cu radicalii hidroxil OH, care, atunci când o mare putere de vârf devin rotațional excitat în mod eficient și se taie una sau ambele catene ale moleculei de ADN.
Efectul radiației asupra ADN-ului
În general, distrugerea ADN-ului sub iradiere poate să apară din diverse motive. Cel mai banal este efectul de căldură, și este primul lucru care vine în minte când vorbesc despre radiațiile infraroșii. Fluxul incident de radiații de mare pe țesutul viu conduce la eliberarea locală de energie, creșterea temperaturii, datorită care molecula de ADN este îmbinat lateral sau distruse.
Din punct de vedere al fizicii moleculare, ADN-ul Strand pauza - este doar rupe niște legături chimice. Dubla pauză este două astfel de evenimente pe ambele fire, care au avut loc foarte aproape una de cealaltă. În cazul în care chiar și o singură lacrimă poate fi reparat, după ce a finalizat o a doua moleculă de toroane (complementare), dublu-pauza doar taie ADN-ul în bucăți. În principiu, de a organiza un astfel de decalaj nu este dificil - este necesar doar pentru a transfera molecula de ADN mai multă energie, și este necesar să-l treacă în mod direct. Această energie este tras din mai multe molecule de electroni în legături chimice violat-o, iar firul va fi capabil să se spargă. Astfel de procese încep deasupra pragului de ionizare al ADN-ului, care se ridică la câteva zeci de electroni de volți. Pentru radiațiile ionizante de înaltă eficiență, acesta este principalul mecanism de acțiune. O particulă cu megaelectronvolts energetice datorită ionizarea substanței produse miile de trezire electroni pe pierdere de energie MeV, și fiecare dintre acești electroni are o șansă de a rupe componenta ADN-ului. Cu toate acestea, pentru particulele de energie mai mică, o astfel de întrerupere datorată "forței brute" nu mai funcționează. De exemplu, energia unui foton optic este de numai 2 eV, care este mult mai mică decât pragul de ionizare; energia fotonilor infraroșii este chiar mai mică. În plus, sub influența radiației, energia este mai des eliberată nu direct într-o moleculă de ADN, ci într-un lichid aproape de ea. Prin urmare, se pune întrebarea dacă această energie (deja mici!) Este transmis la ADN-ul, dacă aceasta duce la ruperea firelor, și dacă da, exact cum se întâmplă acest lucru.
Rolul radicalilor hidroxil
Electronii eliminați prin radiații ionizante sunt de obicei considerați principala sursă de diferite probleme pentru ADN. Cu toate acestea, nu numai ei. Acum trei ani a fost arătat. că radicalii hidroxil (molecule de OH) formate prin lumină infraroșie (IR) joacă, de asemenea, un rol important în acest proces. Acestea sunt "resturi" ale moleculelor de apă care apar atunci când sunt expuse la un câmp luminos puternic. Inițial, laserul generează o multitudine de puls excitat (H2O *) și ionizat (H2O +) a moleculelor de apă, care apoi se ciocnesc unele cu altele și cu schimb de protoni: H2O * + H2O + → OH + H3 O +. Radicalii hidroxil sunt instabili, sunt fericiți să selecteze atomul de hidrogen din substanța înconjurătoare, dacă este disponibil. Radicalii OH formați în apropierea moleculei ADN ajung la ea și, datorită coliziunilor multiple, ia unul din atomii de hidrogen, transformându-se în molecule de apă. Pierderea de hidrogen în "scheletul" lanțului ADN conduce la restructurarea legăturilor chimice și la ruperea filamentului.
Fig. 2. Determinarea prin electroforeză a configurației spațiale a ADN-ului plasmidic. Trei forme diferite se mișcă la viteze diferite sub acțiunea unui câmp electric. Prin luminozitatea relativă a benzilor, se poate determina procentul de ADN al fiecărei forme. Fotografia din dreapta arată că, înainte de iradiere (-), aproape întregul ADN este într-o stare superhelică, iar după iradiere (+) trece în alte forme. Imagine din articolul în cauză
Pentru aceasta experimentatorii folosind ADN plasmidic bacterian - inel mic laminate in bucati de molecule de ADN care, în starea sa normală sunt în formă de spirală „superrăsucit“ (așa numita supercoiling ADN). Abilitatea de a suprasolicita este o caracteristica importanta a ADN-ului, ajutand la stocarea compacta si indeplinirea functiilor sale. Ruptura unui fir permite super-helixului să se descurce - se duce într-o formă "relaxată"; o pauză dublă o transformă într-o moleculă liniară (Figura 1). Toate aceste trei forme separate în mod eficient, folosind tehnici standard de electroforeză în gel (fig. 2), deoarece acestea „creep“ sub influența câmpului electric la viteze diferite. Prin urmare, compararea dungile înainte de iradiere și după iradiere, este posibil în funcție de strălucirea lor de a ști ce procent din plasmidian superrăsucit devine formă relaxată sau liniară.
Pentru a determina care dintre mecanismele moleculare ale ADN-ului pauze, au fost adăugate experimentatori la o soluție de substanțe speciale care consumă rapid electronii liberi sau OH- radicalii liberi, neutralizând acțiunea lor. Măsurarea procentului de pauze ADN-ului, în funcție de concentrația agenților radicali sau de neutralizare-neutralizare electroni, este posibil să se tragă concluzii cu privire la rolul lor în distrugerea ADN-ului. De exemplu, în cazul în care electronii joacă un rol important în distrugerea ADN-ului, atunci numărul de neutralizare rupturilor va scădea puternic. Dacă nu joacă un rol, nu se va schimba.
Fig. 3. Configurații ale ADN-ului plasmidial pBR322 înainte de iradiere (-) și după iradiere (+). La stânga. iradiere la o lungime de undă de 1,35 μm, pe dreapta. la o lungime de undă de 2,2 μm. Culorile negre, roșii și albastre indică configurațiile inițiale (supraalimentate), relaxate și liniar. Imagine din articolul în cauză
În general, considerat plauzibil că mai lungime de unda radiații folosim, cu atât mai puțin - la o capacitate fixă - trebuie să fie cauzată de efectele lor, deoarece energia de fotoni individuale devine mai mică. Rezultatele unor noi experimente contrazic complet această ipoteză. Sa constatat că radiațiile cu lungimi de undă de 1,35 um și 2,2 um distrug ADN-ul mai puternic. decât în experimentele anterioare cu lumină aproape IR. După trei minute de iradiere aproape toate ADN-ul superrăsucit în eșantion a avut pauze de cel puțin o catenă (Fig. 3). În plus, o proporție substanțială de 2,2 microni primește toate ADN dublu-break și devine liniar (iar acest fapt este accentuat în Fig. 2 și 3).
Pentru a demonstra că radiația infraroșie cu undă lungă acționează asupra ADN-ului datorită radicalilor OH, mai degrabă decât a electronilor, experimenții au efectuat o serie de măsurători cu aditivi de agenți de neutralizare cu concentrații diferite. S-a dovedit că neutralizatorii de electroni practic nu modifică procentul de spargere a ADN-ului, iar neutralizatorii radicalilor OH-l reduc brusc. Mai mult, procentul de ADN liniar scade cu creșterea concentrației de neutralizator OH mult mai rapid decât procentul de relaxat. Acest lucru înseamnă că mecanismul de rupere dublă a ADN-ului nu este cel mai probabil un impact unic al OH pe o moleculă, care distruge imediat ambele toroane, dar două impacturi apropiate dar independente, fiecare împărțind filamentul său. Până în prezent, această problemă nu a fost testată experimental.
Trimiteți-le prietenilor: