Фотодимеризация реакциясы

Фотодимеризация реакциясы.

Фотодимеризация реакциясы алғашқы рет тиминнің мұздатылған үлгілерін ук-сәулелендіру кезінде байқалған. Бұл реакцияның нәтижесінде екі азоттық негіз 5 және 6 қосарланған көміртек байланыстар бойынша циклобутан тәрізді шеңберді құрайды ( 1сурет ).

 

1сурет   – фотодимеризация реакциясының  бейнесі.

 

Димеризация реакциясының ерекше сипаттамасына  оның қайтымдылығы жатады. Пиримидиндік негіздер жарықты 200-300 нм аймақта  жұтады, олардың димерлерлерінің жұту спектрлері де сондай (200-285 нм ). Сондықтан днқ  немесе пиримидиндік негіздерді ук-сәулелендіру кезінде қоздыратын жарықтың әр диапазоны  үшін димерлер мен негіздер арасында динамикалық тұрақтылық қалыптасады.

Фотодимеризацияның  кванттық шығуы бір мономерді  қоздырған кезіндегі басқа мономерлердің  бір біріне қарай орналасу тәсіліне тәуелді. Мысалы, тимин үшін жасалған есептер бойынша көршілес мономерлердің  бір біріне қарай орналасу бұрышы 36⁰ тең болғанда оның молекулаларының димеризацияға ұшырау ықтималдығы ең жоғары болады.

Акридин қатарының  кейбір бояғыш заттары днқ-ға ук-индукцияланған димерлердің шығуын тиімді түрде  төмендете алады. Акридиндердің  қорғау қасиеті олардың днқ молекулаларындағы  азоттық негіздердің жұптары  арасына түсу қабілеттігіне негізделеді. Акридиндердің днқ-мен әрекеттесуінің ерекше сипаттамасы – комплекс құрылғанда бояғыш заттың 530 нм  спектрдің максимуміндегі флуоресценцияның қарқындылығы күрт артады. Мүмкін бұл қасиет қозудың энергиясының азоттық негізден бояғыш затқа синглет-синглетті  көшуімен байланысты.  Есептер бойынша  сондай көшудің кванттық шығуы азоттық  негіздердің 5 молекуласына бояғыш заттың бір молекуласы сәйкес келгенде максимумына  жетеді де 32% құрайды.

Флуоресценциямен  қатар акридиндердің днқ-мен байланысуларын анықтауға арналған тесттерге бояғыш заттың молекулаларының қозғалғыштықтарына тәуелді люминисценцияның поляризациясының дәрежесін өлшеу жатады. Бұл тәсілдің көмегімен, мысалы, акридиндік бояғыш заттың шеңберінің жазықтығы днқ  спиралінің ұзын осіне перпендикулярлы, ал азоттық негіздердің жазықтықтарына параллельді екендігі анықталған.

Фотогидратация  реакциясы.

Фотогидратацияның реакциясының негізінде днқ пиримидиндік негіздеріне су молекуларының қосылуы  жатады. Су молекулалары пиримидиндік шеңберіндегі бесінші және алтыншы  көміртек атомдарының арасындағы қосарланған  байланысты үзеді де шеңберге қосылады.

 

2 сурет –  фотогидратация реакциясының схемасы

 

Фотогидратация  реакциясы фотодимеризация реакциясы  сияқты қайтымды емес. Бірақ гидраттар  температураның мәндері жоғарылағанда, ерітіндінің иондық күші немесе ортаның  қышқылдығы  рн өзгергенде ыдырау мүмкін.

Пиримидиндердің гидраттарының құрылуының алдында  олар синглетті қозған қалыпқа келеді. Фотогидратация реакциясының ерекшелігі – реакция тек қана біртізбекті  днқ-да ағады. Сондықтан пиримидиндердің  гидраттары тек қана репликация немесе транскрипция процесстері ағып жатқан жасушаларда леталды немесе мутагенді  эффекттерге өз үлесін қосады, өйткені  бұл процесстердің нәтижесінде  днқ біртізбекті бөліктері  пайда  болады.

(6-4) пиримидиндік аддуктар құрылуы.

Пиримидиндік  аддуктер 315-320 нм. Аймағындағы абсорбциямен және 405-440 нм. Аймақтағы флуоресценциямен сипатталатын фотоөнімдер. Алғашқы  рет олар ук-сәулелендірілген қышқыл гидролизатынан алынған (сурет3). Аддуктардың  құрылымы ук-, иқ-, ямр-спектроскопия  және масс-спектрометрия әдістерімен  анықталған (сурет 3).

 

 

3 сурет.   (6-4)-аддуктардың құрылу схемасы

 

(6-4)-аддуктардың  кванттық шығуы циклобутандық  димерлердің кванттық шығуымен  салыстырғанда 10 есе рет төмен,  сондықтан олардың ук-сәулеленудің  леталды эффектісіне қосатын  үлесі шамалы. Бірақ, ук-мутагенездегі  олардың ролі аса зор. 

Ақуызбен  тігілу.

Пиримидиндік  негіздер қатысатын фотохимиялық әрекеттесулердің тағы бір түрі – ақуыздармен тігілу. Ук-жарықтың акцепторларына ақуыздар да, пиримидиндік негіздер де жатады. Мүмкін, бұл процесс ақуыздың аминоқышқылдар қалдықтарының sн- немесе он-топтарының тиминнің не цитозиннің шенберлерінің  бесінші немесе алтыншы көміртек атомдарына байланысу арқылы жүзеге асырылады ( 4 сурет).

4 сурет .  Пиримидиндік негізінің ақуызбен  тігілу комплексінің мысалы (5-s-цистеин-6-гидроурацил).

Барлық қарастырылған  днқ фотохимиялық реакциялар ук-жарығының  бір квантың жұтқаннан кейн пиримидиндік негіздердің төменгі қозған (синглетті  және триплетті) қалыптардың қатысуымен ағады.

3.  Қарқындылығы  жоғары ук-сәулеленудің днқ-ға  тигізетін әсерлерінің ерекшеліктері  (екі кванттық реакциялар)

Ук-сәуле  шығарудың лазерлі көздерінің дамуына  дейін классикалық ук-фотобиология көбінесе ук-сәулелердің қарқындылығына сызықты түрде тәуелді процесстердің  немесе біркванттық фотохимиялық реакциялардың  биологиялық эффектердің зерттеулерімен айналысқан. Лазерлік сәулелену басқа  сәулеленулермен салыстырғанда  ерекше сипаттамаларға ие. Оларға кеңістіктегі когеренттік, монохроматтық, қысқа  уақытқа  созылатын (бірнеше нано- немесе пикосекунд) импустің энергиясының жоғары қарқындылығы мен концентрациясы. Лазерлі сәулеленудің қуатының күштілігі  және ультрақысқа уақыт сияқты сипаттамалары  оны днқ негіздерінің электронды деңгейлерінің екі квантты қозу процесттерін зерттеу үшін тиімді құрал  ретінде қолдануға мүмкіндік  береді.

Азоттық негіздердің  судағы ерітінділерін лазерлі ук-сәуле  шығарудың ленудің пикосекундттық және наносекундтық импульстермен  сәулелендіргенде келесі нәтижелер  алынды: сәулеленудің қарқындылығының  шамасы 10¹⁰ вт/м² жоғары болған кезде молекулалар қайтымсыз фотохимиялық өзгерістерге ұшырайды және пайда болатын өнімдер біркванттық реакциялардың нәтижесінде құрылатын фотоөнімдердерге (димерлер мен гидраттарға) ұқсамайды. Азоттық негіздердің деградациясының дәрежесі сәулеленудің қарқындылығынан шаршылы түрде тәуелді. Бұл факт лазерлердің әсерлерінен болатын фотохимиялық өзгерістердің тетігінің екі кванттылығын дәлелдейді.

Екі кванттық сәулеленудің нәтижесінде днқ-да келесі өзгерістер болады: негіздердің деградациясымен  қатар n-гликозидті байланыстар үзіледі  де тимин днқ-дың тізбегінен жұлынады (қарқындылығы төмендеу ук-сәулелендіру кезінде мұндай өзгерістер байқалмайды). Өзгерістедің тағы бір түрі – бір  тізбекті үзілістер. Ук-сәулеленудің қарқындылығы жоғарылағанда (көрсеткіштің алғашқы  шамасы1 вт/м², ал беткі шекарасы - 4 • 10¹³ вт/м²) бір тізбекті үзілістердің кванттық шығуы өседі.

 

 днк екі  кванттық фотобұзылуларының үлесі  оның бір кванттық  фотобүлдірулермен  салыстырғанда  (пиримидиндік  димерлер) лазерлік ук- инактивацияда плазмидтерде ,бактериофагтарда мен микроорганизмдерде  біршама жоғары. Бұл туралы ук  сәулелендірген биологиялық объектілердің   фотореактивациясын зерттеу эксперименттерінде  келтірілген. Бұл зерттеулер  лазерлік  ук- сәуле шығару  (266 нм) интенсивтігі өскен сайын  фотореактивация дәрежесінің   күрт төмендейтінін көрсетті.  (слайд 8).

Фотореактивацияда леталды фотоөнімдердің бір ғана типі жойылатындықтан айтылған факт- днк –ның  циклобутандық , пиримидиндік димерлері лазерлік -инактивацияда  димерлердің үлесінің азайғанын  білдіреді  ( және оған сәйкес днк  –ның екі кванттық фотобүлінулерінің  үлесінің өскенін көрсетеді).

 

Әдебиеттер:

Көшенов.б  медициналық биофизика  алматы қарасай 2008

Владимиров  ю.а. С соавт. Биофизика. М., медицина, 1983.

Костюк п.г. С соавт. Биофизика. Киев, 1988.

Рубин а.е. Биофизика. 1-2 том. М.,1987.

Рубин а.е. Биофизика: теоретическая биофизика -1 том. – м. Книжный дом «университет», 2000

Рубин а.е. Биофизика: биофизика клеточных процессов -2 том. – м. Книжный дом «университет», 2000

 

Қосымша әдебиет

Артюхов в.г., ковалева т.а., шмелев в.п. Биофизика. Воронеж. 1994. 135 с

Артюхов в.г., путинцева о.в. Оптические методы анализа интактных и модифицированных биологических систем. Воронеж, 1996.

Владимиров  ю.а., потапенко а.я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.высшая школа.1989.

Волькенштейн м.в. Биофизика. М.наука,1988.

Кантор ч.,шиммел п. Биофизическая химия в 3 томах. Т. 2.–.м.мир,1985.

Конев с.в., волотовский и.д. Фотобиология. Минск. 1979. 383 с.

Конев с.в.,волтовский и.д.фотобиология. Минск.бгу,1974.

Мешков в.в., матвеев а.б., основы светотехники, м., энергоатомиздат, 1989, 431с.

Рощупкин д.и., артюхов в.г. Основы фотобиофизики. Воронеж, 1997.

Хевиг п. Прикладная квантовая химия.м.мир,1977.

Чепель в.ф. Основы физики биополимеров. Барнаул, 1996.