ДНК и ультрафиолетовые лучи

Молекула ДНК схожа с одномерным кристаллом. Он апериодический, так как последовательность пар оснований А-Т и Г-Ц нерегулярная. При этом по цвету удивительная молекула прозрачная, как стекло. Её водный раствор, а в воде она растворяется прекрасно, абсолютно прозрачный. То есть можно говорить о сходстве со стеклом, но это не так. Дело же в том, что ДНК и ультрафиолетовые лучи не могут ужиться вместе.

Ультрафиолет губителен для молекулы, поэтому в процессе эволюции клетки выработали репарирующую систему. Её задача заключается в залечивании повреждений, которые наносятся лучами. Что же представляют собой эти самые повреждения?

Когда фотон (квант ультрафиолетового излучения) попадает в ДНК, то он передаёт свою тепловую энергию азотистому основанию, и оно переходит в возбуждённое состояние. Дальнейший ход событий может разворачиваться по-разному. Фотон может поглотиться пурином (аденином или гуанином). В этом случае ничего не произойдёт. Полученная энергия просто трансформируется в тепло.

А вот если фотон будет поглощён пиримидином (тимин или цитозин), причём не каждым, а только тем, который соседствует с другим пиримидином, то тогда поглощенная энергия спровоцирует химическую реакцию между соседними пиримидинами. Процесс будет ещё более эффективным, если рядом окажутся два тимина. В этом случае образуется новое химическое соединение, которое называют фотодимером тимина. Обозначается оно как Т◊Т.

Данный димер имеет необычное строение. В нём у каждого атома углерода две связи, участвующие в сцеплении с тимином, образуют прямой угол. Что же касается 4-х атомов углерода, то они образуют квадрат, который называетсяциклобутан.

Таким образом, в ДНК возникает повреждение: вместо 2-х тиминов образуется абсолютно новое химическое соединение. Оно не знакомо ферментам, которые знают только 4 буквы: Т, Г, А, Ц. Если это нарушение генетической программы не убрать, то ферменты не смогут снять с молекулы копии, а, соответственно, не будет синтезирована РНК. В результате этого жизнь клетки остановится, и она умрёт. Вот тут-то как раз и приходят на помощь ферменты репарирующей системы.

Вначале на проблемном участке появляется фермент УФ-эндонуклеаза. Он хорошо знает тиминовый димер и разрывает в этом месте сахаро-фосфатную цепь. Затем наступает очередь фермента экзонуклеаза. Он расширяет возникший разрыв.

В результате этого, в одной из нитей молекулы, где образовался тиминовый димер, появляется огромная дыра в несколько тысяч нуклеотидов. Тут дело в том, что репарирующие ферменты удаляют не только вредный димер, но и огромное количество нормальных нуклеотидов на всякий случай.

Однако для клетки это не страшно, так как вторая комплементарная нить остаётся целой и невредимой. На ней появляется фермент ДНК-полимеразы и восстанавливает повреждённую нить, создавая тем самым нормальную двойную спираль. Она полностью идентична той, которая существовала до возникновения тиминового димера.

Теперь становится понятным, почему удивительная молекула состоит из 2-х нитей. Из них не только создаются идентичные копии генетического материла, но и сохраняется сама генетическая программа, если в ней появляются повреждения. А вот если бы ДНК состояла из одной нити, то её уже невозможно было бы восстановить.

Репарирующая система

Репарирующая система существует в клетках всех живых организмов от простейших до самых сложных (человек). Это совсем неудивительно, так как жизнь на Земле зародилась под Солнцем. Защитная система проявляет активность даже в тех клетках, которые недоступны для ультрафиолетового излучения. К примеру, в клетках кишечника. Если же в результате какой-либо мутации произойдёт сбой репарирующей системы, то наступит настоящая трагедия.

Иногда на свет появляются дети с дефектом ксеродерма пигментозума. Они не могут находиться под солнечными лучами. Их кожа тут же покрывается язвами, а те, в свою очередь, переходят в злокачественную опухоль. Таких детей невозможно спасти, даже тщательно оберегая от солнечных лучей. Следует также знать, что тиминовые димеры способны провоцировать рак кожи.

Отсюда напрашивается вывод, что загар вовсе не является невинным занятием. Люди не могут отказаться от этого удовольствия, но не стоит перегружать ультрафиолетом организм. Нужно также понимать, что репарация вовсе не является безобидной вещью.

Случается, что ферменты репарирующей системы допускают ошибки, а это приводит к мутациям. Такое особенно характерно для ДНК-полимераза. Именно данный фермент чаще всего порождает соматические мутации, то есть те, которые происходят не в половых клетках. Они, кстати, могут привести к злокачественному перерождению ткани.

Вот сколько хлопот происходит из-за того, что ДНК и ультрафиолетовые лучи не могут ужиться друг с другом. А ведь ультрафиолет едва достигает поверхности планеты. Большая его часть поглощается в атмосфере. Если бы он весь оказывался на поверхности Земли, то жизни на голубой планете не было бы изначально.

Вячеслав Маркин