Тимин димер

Рис. 30-1. Образование тиминового димера под действием ультрафиолетового облучения. Между двумя соседними остатками тимина, расположенными в одной цепи ДНК, образуются две новые углерод-углеродные связи (отмечены красным цветом). А. Структура димера изображена в плоскости, но лучше ее рассмотреть в трехмерной проекции, как она показана на рис. Б, где четырехчленное кольцо, образованное двумя новыми связями, закрашено.

Ультрафиолетовые лучи и ионизирующее излучение. УФ-свет, рентгеновские лучи и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы как подавляющее жизнедеятельность (летальное), так и мутагенное воздействие. Их специфическое действие еще мало изучено. Исходя из совпадения кривой поглощения нуклеиновых кислот и кривой подавления жизнедеятельности клеток при облучении в зависимости от длины волны, а также частоты мутаций в популяции, можно сделать вывод о том, что УФ-лучи действуют в основном на нуклеиновые кислоты. Наиболее эффективны лучи ближней УФ-области с длиной волны около 260 нм (рис. 15.5). Побочные повреждения при этом незначительны. Поражаются главным образом пиримидиновые основания. Например, два соседних тиминовых основания в ДНК могут оказаться ковалентно связанными. Наличие таких димеров тимина служит затем источником ошибок при репликации (рис. 15.6). [c.445]

Под действием ультрафиолетового излучения между двумя соседними пиримидиновыми остатками (чаще всего это два соседних тимина) в бактериальной ДНК может возникать ковалентная связь, в результате чего образуется димер (рис. 30-1). Если не устранить повреждение и не восстановить нормальную структуру ДНК, то образовавшийся ти-миновый димер может оказаться непреодолимым препятствием для ДНК-поли- [c.965]

При этом образуется целый ряд стереоизомеров, в основе которых лежит циклобутановая структура. Фотодимеры с указанной выше структурой преобладают при облучении замороженных растворов тимина. Важным следствием фотодимеризации тимина является то, что цикло-бутановые димеры блокируют репликацию ДНК. Этим в основном и объясняется летальное и мутагенное действие ультрафиолетового излучения на живые организмы. Дело принимает настолько серьезный оборот, что клетки используют специальный механизм выщепления ти- миновых димеров из молекулы ДНК (гл. 15, разд. 3,2). [c.36]

Вставка - появление среди азотистых оснований лишних , часто модифицированных, необычных оснований (примером является вставка димера тимина или циклического реагента - акридина). [c.53]

В наиб, степени это относится к тимину, остальные основания более устойчивы. Энергия излучения, поглощенная ТИМИНОМ, локализуется в осн. на двойной связи цикла следствием этого является образование в составе ДНК димеров [c.152]

При облучении замороженных водных растворов природных пиримидинов наблюдается образование циклических димеров. Так, облучение тимина в области максимума его поглощения (260 нм) приводит к образованию четырех димеров 28, 29, 30 и 31. Обратное превращение наблюдается при облучении УФ-светом с длиной волны меньше 240 нм. Природные пиримидины также вступают в реакции присоединения и [2-(-2]-циклоприсоединения с простыми эфирами, олефинами и некоторыми другими соединениями при облучении. Эти реакции имеют большое значение при разложении ДНК под действием УФ-света. [c.315]

Раскрытие механизмов мутаций в таких биологически важных молекулах, какими являются молекулы нуклеиновых кислот, исключительно важно и не нуждается в особых обоснованиях. Облучение ДНК УФ-светом приводит к мутациям. В целях выяснения механизма реакций фотодимеризации пуриновых и пирими-диновых оснований, происходящих в ДНК [655, 656], проведены исследования более простых модельных систем [657]. В работе [658] изучали механизм образования димеров тимина в замороженных до температуры жидкого азота водных растворах при их облучении УФ-светом. Фотохимические превращения оснований нуклеиновых кислот, в том числе и тимина, зависят от присутствия добавок в замороженных растворах, механизм действия которых до конца не ясен. Например, в присутствии нафталина (1,5-10-4 М) наблюдается увеличение выхода димеров на 15% и снижение на 75% в присутствии ацетона (5-10 4 М) в замороженном водном растворе тимина (3-10 3 М). По мнению авторов, в процессе фотодимеризации тимина участвует синглетное состояние тимина, а наблюдающиеся сенсибилизация и ингибирование выхода димера обусловлены влиянием нафталина и ацетона на это состояние. [c.244]

Свойства фотодимеров. В УФ-спектрах циклобутановых димеров тимина в нейтральной и кислой средах отсутствует максимум поглощения в области 260 ммк (рис. 12.11, см. также 2 7). [c.653]

Интересно, что спектр действия света, т. е. зависимость эффективности воздействия света на биологические системы от его длины волны, близок к спектру поглощения ДНК. Одно из явлений, наблюдаемых при облучении ДНК ультрафиолетом с длиной волны 260 ммк, состоит в том, что два соответствующим образом расположенных остатка тимина превращаются в димер, стабильный в кислой среде и при нагревании. Прн [c.319]

Замороженные растворы тимина были использованы для опытов с облучением, целью которых была попытка выяснить свойства для тимина в твердом состоянии в нативной ДНК- Однако необходимо помнить, что успешное образование димера есть в основном результат укладки гетероциклов друг над другом в кристаллах моногидрата тимина. В случае других пиримидиновых оснований такая кристаллическая структура может и не образовываться. Облучение водных растворов ДНК приводит к необратимому разрыву водородных связей, а также к образованию устойчивых к нагреванию поперечных связей между двумя комплементарными полинуклеотидными цепями [80], которые препятствуют разделению цепей. Это было показано центрифугированием в градиенте плотно- [c.537]

При облучении замороженных растворов оснований нуклеиновых кислот возможно образование и стабилизация (например, при температуре жидкого азота) промежуточных продуктов, которые претерпевают превращения при последующем повышении температуры. В пользу образования промежуточного соединения говорит тот факт [661], что флуоресценция, обусловленная димером тимина, не наблюдается непосредственно при —196 °С во время облучения, а появляется при повышении температуры. [c.245]

Эта обратимость эффекта ультрафиолетового света (реверсия) объясняется активностью особого фермента, который устраняет димеры тимина и может быть назван репаративным (т. е. ремонтирующим ) ферментом мы еще вернемся к нему впоследствии. [c.110]

Димеров тимина не образуется при облучении ионизирующей радиацией жидких растворов, но они как-будто найдены при облучении тимина во льду, Димеризация тимина происходит при воздействии ультрафиолетового света, [c.43]

Ф и г. 186. Димер тимин-тимин, являющийся фотопродуктом ультрафиолетового облучения ДНК- [c.374]

Предполагают, что осн. предмутац. повреждение ДНК, возникающее при действии УФ света, связано с образованием димеров тимина. [c.153]

Известно, что НО (рис. 4.19) в водных растворах находятся в гидратированном состоянии и ассоциируют друг с другом. Так как расположение полярных групп в НО различно, то можно предполагать различия в их гидратации, которые влияют на взаимодействия между основаниями в воде. Это подтверждается исследованиями рисунка воды вокруг четырех оснований гуанина, аденина, цитозина и тимина по данным кристаллографического анализа [80]. Обнаружены конфор-мационно-зависимые различия как в геометрии, так и в степени гидратации оснований. Ассоциация НО в воде достаточно полно изучена и не вызывает сомнений. Например, самоассоциация Ade исследована в работе [81]. Гидратация и самоассоциация Ura изучена спектроскопическими методами в работах [82, 83] и установлено, что гидратация карбонильной группы С(4)-0(4) значительно выше, чем гидратация группы С(2)-0(2). Кроме того, сделан вывод, что Ura образует в воде циклические димеры при участии групп С(4)-0(4). Т. Лилли с сотрудниками [84] показано, что кофеин ассоциирует в воде с образованием димеров, тримеров и т.д. с одинаковой константой равновесия для каждой стадии. Наконец, спектроскопическими методами установлено [85], что величины констант ассоциации для комплексов убывают в следующем порядке yt + yt > yt + Ura > Ura + Ura, что характеризует склонность HO к самоассоциации в воде. Ассоциация НО в водных растворах является выгодным процессом с энергетической точки зрения [86]. Основным фактором, стабилизирующим образование димеров, является изменение энергии взаимодействия молекул воды друг с другом, которое связано со значительным изменением ее структуры молекулами НО. Моделирование ассоциации af в водном растворе с помощью метода Монте-Карло свидетельствует [87], что метильные группы мономеров при димеризации располага- [c.234]

Для удаления ошибок репликации, неизбежных в процессе матричного синтеза таких огромных биополимеров, какими являются ДНК, существует специальная система ферментов репарации. Например, сопутствующие репликации одноцепочечные разрывы восстанавливаются при помощи ДНК-поли-меразы I и ДНК-лигазы. ДНК-полимераза I, будучи 3 -5 -экзонуклеазой, проверяет правильность присоединения нуклеотидов вновь образованной нити ДНК к нуклеотидам матрицы и гидролизует концевой нуклеотид, если его основание не комплементарно основанию матричной цепи. ДНК-полимераза Ш, также обладающая нуклеазной активностью, будет добавлять нуклеотиды только в том случае, если предыдущее основание дочерней цепи комплементарно связано с соответствующим основанием матричной цепи. Таким образом, осуществляется репарация неправильного спаривания нуклеотидов и контролируется корректность синтеза ДНК. Наиболее полно изучены повреждения, возникающие в клетках под действием ультрафиолетового облучения. Оно вызывает, в частности, взаимодействие двух соседних пиримидиновых оснований, чаще всего тиминов. При этом образуется тиминовый димер, блокирующий действие ДНК-полимеразы ПГ. [c.453]

Лучистая энергия. Ультрафиолет и ионизирующее излучение непосредственно действуют на нуклеиновые кислоты в клетке, 15ызывая смертельные мутации, или приводят к образованию свободных радикалов, вызывающих инактивацию ферментных систем и разрущение клеточных структур. Солнечный свет, особенно его коротковолновая часть спектра, оказывает выраженное бактерицидное действие. УФО используют в медицине для обработки (дезинфекции) воздуха и поверхностей в операционных, родильных домах и отделениях, асептических помещениях аптек, в бактериологических лабораториях. Для этих целей в помещениях устанавливают бактерицидные облучатели с длиной волны 260 — 300 нм. Волны 260 нм максимально поглощаются ДНК, что приводит к образованию димеров тимина и соответственно к летальным мутациям. Вместе с тем УФО обладает низкой проникающей способностью и оказывает антимикробное действие только на поверхностях или в прозрачных растворах. Ионизирующее излучение (чаще у-лучи изотопов Со или - Сз) используют для стерилизации термочувствительных материалов, например изделий из пластика. Обладая высокой проникающей способностью, этот вид электромагнитных волн приводит к потере электронов и образованию из атомов ионов, появлению свободных радикалов, которые могут приводить к полимеризации и другим химическим реакциям, сопровождающим разрушение химических структур микроорганизмов, атакже появлению токсичных перекисных соединений. Чувствительность микроорганизмов к ионизирующему излучению сильно варьирует (например, облучение микобактерий туберкулеза дозой 0,14 мегарад приводит к такому же эффекту, как облучение возбудителя полиомиелита дозой 3,8 мегарад). [c.431]

Данные по межмолекулярной ассоциации в паре азотистых оснований нуклеиновых кислот получены Суходубом и Янсоном [129], которые на масс-спектрометре исследовали пары следующих ассоциатов аденин-урацил, аденин-тимин, гуанин-цитозин, урацил-урацил, ти-мин-тимин, цитозин-цитозин, урацил-тимин. Наблюдаемые в парах молекулы оснований связаны друг с другом водородными связями, образуя циклические димеры. Из соотношения интенсивностей пиков димеров и мономеров для каждой пары определена величина, пропорциональная константе ассоциации. Из температурного хода интенсивностей пиков получены следующие значения энтальпии образования пар (в ккал/моль) 21 (гуанин-цитозин) 14,5 (аденин-урацил) 13 (аденин-тимин) 12 (цитозин-цитозин) 9,5 (урацил-урацил) и 9,0 (тимин-тимин). [c.94]

Подобно рентгеновским лучам, ультрафиолетовые лучи могут повредить клетки, особенно клетки, в ДНК которых включился бромдезоксиуридин [158, 159]. По-видимому, этот эффект связан со случайными одноцепочечными ошибками в замещенной ДНК. Однако поврежденные таким образом клетки обладают способностью излечиваться , возможно выбрасывая поврежденные участки, содержащие димеры тимина, и заменяя их нуклеотидами, которые были удалены из ДНК [153—157]. [c.223]

Кроме обычных димеров при УФ-облучении тимина в замороженном растворе334 (1(ТрТ) в водном растворе и ДНК в замороженном растворе зз5 и в сухих пленках зз образуются фотопродукты, также, по-видимому, являющиеся димерами, но не обладающие циклобутановой структурой. Близкий по свойствам продукт был выделен при облучении ДНК бактериальных спор з. Для нециклобутанового фотопродукта фотолиза тимина предложен ряд альтернативных структур -На основании данных ЯМР-, ИК-, УФ- и масс-спектров в качестве наиболее вероятной рассматривается формула [c.652]

Подобно фотодимерам урацила, тиминовые димеры фотола-бильны. При облучении (А, < 290 ммк) водных растворов фотодимеров тимина и его производных они распадаются до исходных мономеров >68. Чувствительность фотоднмеров к облучению [c.653]

Кинетика и механизм фотодимеризации. Тимин. Легкость димеризации его в замороженном водном растворе и высокий квантовый выход реакции объясняются агрегацией молекул тимина при замораживании и тем, что молекулы в этих агрегатах ориентированы относительно друг друга благоприятным для димеризации образом . Образование агрегатов показано спектроскопически Важность их появления для фотодимеризации подтверждается отсутствием димеров при УФ-облучении замороженных растворов тимина в глицерине где агрегаты не обра- [c.654]

Фотовосстановление. При УФ-облучении достаточно высокими дозами (2 10 эрг/лш ) тимина и ДНК в замороженном растворе или ДНК в водном растворе при комнатной температуре в продуктах реакции наряду с димером тимина был обнаружен 5,6-дигидро-тимин (или его звенья в составе ДНК) Количество дигидро-тиминовых звеньев, образовавщихся при облучении ДНК, мало зависит от температуры и при данных высоких дозах сравнимо с количеством димерных тиминовых фрагментов. По-видимому, ди-гидротиминовые звенья образуются в ДНК и при более низких дозах облучения, но квантовый выход их образования в этих условиях ниже, чем для образования димеров (ср. ). [c.661]

Как известно, наследственная информация передается благодаря тому, что две комплементарные нитевидные молекулы дезоксирибонуклеиновых кислот обратимо связаны в двойную спираль. Комплементарность достигается тем, что каждая определенная пара нуклеиновых оснований (тимин — аденин, цитозин — гуанин) фиксирована водородными связями. Вызванное светом или радиацией образование димера по схеме (9.32) из находящихся рядом остатков тимина или цитозина нарушает структуру спирали, так что репликация ДНК во второй цепи двойной спирали останавливается у места повреждения. Соответствующая информация не может переноситься и вследствие этого появляются лучевые повреждения или мутации. Особенно чувствительны к таким воздействиям виды ДНК с высоким содержанием обоих пиримидиновых оснований. Однако в природе в результате приспосабливания выработались механизмы репарации, благодаря которым лучевые повреждения отчасти могут быть устранены [23]. Двуядер-ные нуклеиновые основания с пятичленными циклами — аденин и гуанин — мало чувствительны к облучению. [c.247]

Для димеров тимина [78] были предложены различные структуры. В результате цис- и траяс-расположения гетероциклических систем вокруг циклобутанового кольца мож1Ю себе представить четыре изомера этого димера. Облучение замороженного водного раствора 1,3-диметилтимнна дает два димера, которые можно разделить, причем один из них идентичен соединению, полученному исчерпывающим метилированием димера самого тимина [79]. Спектры ядерного магнитного резонанса не позволяют различить изомеры, так как протоны, присоединенные к атому Сд пиримидиновых циклов, независимо от изомера в магнитном поле эквивалентны, и поэтому, даже когда С.-.-иоложение является соседним, нельзя ожидать расщепления спинов [74]. Облучение смеси тимина и урацила дает смешанный димер [75]. [c.537]

Гранулы полиакриламидного геля обволакивают нуклеиновой кислотой, молекулы которой сшиты поперечными связями [1]. Поперечные сшивки возникают, но-видимому, за счет образования тимин-тиминовых димеров при облучегши ультрафиолетом [9]. Нуклеиновые кислоты не связаны с гелем, они лишь обволакивают его поверхность. Количество поперечных сшивок зависит от интенсивности и продолжительности облучения. [c.150]

Несколько а,Р-ненасыщенных кетонов, как было показано, также димеризуются при облучении в твердом состоянии. Так, кумарин дает фотодимер типа голова к голове [683]. Урацил С, тимин Н и их производные, очевидно, фотодимеризуются, давая производные циклобутана / или аналогичные димеры голова к голове [685]. [c.436]

Лечебная роль такого процесса репарации не ограничивается уда-лениел4 индуцированных ультрафиолетом димеров тимина, а распространяется также на исправление большого разнообразия других потенциально летальных нарушений генома клетки. Так, например, ряд гибельных измеиепий, вызванных действием на бактериальную ДНК рентгеновских лучей (вызывающих разрывы полинуклеотидных цепей) или иприта (вызывающего химические сшивки соседних пуриновых оснований), может быть обнаружен и исправлен репарирующей системой, иссекаю-шей поврежденный участок и затем заполняющей брешь. Показано было также, что репарационным исправлениям подвержены и структурные нарушения, обусловленные наличием не подходящих друг к другу некомплементарных пар оснований в рекомбинационных или мутационных гетерозиготах-гетеродуплексах (фиг. 160). Иссекая из гюлинуклеотидной цепи одно из двух оснований, образующих неправильную пару (с точки зрения правил спаривания Уотсона — Крика), и замещая его правильным нуклеотидом при репарационной репликации, направляемой неиссечеи-ной цепью, которая при этом имеет функцию репарационной матрицы, процесс иссечения и заполнения может привести к превращению гетерозиготы в гомозиготу. Следует, однако, заметить, что вероятность исправления любого такого структурного нарушения подвержена значительным вариациям. Во-первых, эффективность ферментативной ДНК-репарирую-щей системы зависит от генетической конституции организма. Одни организмы обладают очень мощными репарирующими системами и, следовательно, очень устойчивы к воздействиям, ведущим к повреждениям их ДНК, у других репарирующие системы малоэффективны или вовсе отсутствуют. Такие организмы обречены на гибель от малейшей травмы ДНК. Во-вторых, даже у организмов с эффективной репарирующей системой вероятность исправления поврежденной ДНК сильно зависит от физиологических условий в период репарации, в частности от температуры и состава питательной среды. [c.377]

Несколько лет назад я отмечал, что выделение ДНК из спермы рыб резко падает после облучения электронами, если для очистки использовать метод с детергентом (додецилсульфат натрия) [20]. Со временем мы склонились к мнению, что эти потери связаны с образованием сшивок между молекулами ДНК- Однако последующие наблюдения показали, что обработка спермы облученной рыбы трипсином уничтожила разницу в количестве выделенной ДНК, хотя количество белка должно быть очень малым [21]. Было высказано предположение, что аналогичные потери нуклеиновой кислоты в результате сшивок с белком можно вызвать ультрафиолетовым излучением. О таком эффекте сообщается в двух работах. Smith [и] нашел, что если облучать культуры Е. соИ и клетки экстрагировать с детергентом (додецилсульфат-натрия), то количество выделенной ДНК заметно уменьшается с увеличением дозы ультрафиолетового излучения (рис. 3) [22]. Автор проверил, что это не было связано с нарушением лизиса клеток. Можно видеть, что такой эффект выражен значительно сильнее, чем образование димеров тимина. Smith указывает, что этот эф- [c.122]

Smith выразил несогласие с мнением докладчика, что образование сшивок и белок не могут иметь биологического значения. Хотя и данные для облученных ультрафиолетовыми лучами Е. соИ В и В/г были весьма сходны (в противоположность различной чувствительности этих бактерий к рентгеновскому излучению), но, как было показано, эти поражения 1не поддаются фотореактивации. Необратимость процесса наводит на мысль о его значимости для, гибели клетки. Аналитически образование сшивок между ДНК и белком — намного более чувствительный параметр, характеризующий эффекты ультрафиолетового облучения, чем димеризация тимина. При дозе 1%- ной . выживаемости можно зарегистрировать только 2% димеров тимина, в то время как сшивки образуются за счет 11 % ДНК. Еще остается выяснить, каков вклад образования сшивок в общее действие ультрафиолетовых лучей на биологическую активность клеток. [c.132]

А. Химическая формула димера. Б. Димер, образовавшийся из двух соседних тиминов, входящих в -остав двух смежных адеиин-тиминовых пар ДНК- Стрелками показаны индуцированные ультрафиолетом связи, соединившие два соседних звена двойной спирали. [c.374]

Замещение иссеченных нуклеотидов, окружающих тиминовый димер, происходит за счет репарационной репликации. За этим процессом можно проследить, поставив опыт по распределению вещества при репликации (фиг. 97) с облученными ультрафиолетом клетками Е. соН Thy . Для этого культуру облученных ультрафиолетом бактерий выдерживают разное время в присутствии меченного радиоактивным атомом бромурацила (БУ). При этом на место тимина в реплицирующуюся ДНК происходит включение более плотного БУ. Затем для измерения плотности молекул ДНК, включивших радиоактивный БУ, выделенную из бактерий ДНК подвергают равновесному центрифугированию в градиенте плотности s l. Оказалось, что бромурацил обнаруживается лишь в тех молекулах ДНК, плотность которых не отличается от плотности обычной легкой ДНК. Таким образом, в отличие от обычной репликации, которая, как это показано в гл. IX, происходит только в одной репликационной Y-вилке, репарационная репликация происходит во многих различных точках генома. Действительно, в этом случае БУ явно включился в большое число коротких полинуклеотидных сегментов, окруженных длинными участками неренлицировавшихся полинуклеотидных ценей, так что небольшое количество отдельных остатков БУ не оказывает какого-либо заметного влияния на плотность ДНК. [c.375]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология