Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
соответствии мономеров (кристаллы моногидратов тимина) квантовый выход
прямой реакции равняется 1. По мере нарушения этого соответствия
квантовый выход реакции уменьшается для политимидиловой кислоты до 0,02,
для дитимидило-вой до 0,01, для тимидил-тимидина до 0,003. Именно
вследствие более благоприятной ориентации нуклеоти* дов димерообразование
в политимидиловой кислоте при 77 К протекает в 5 раз быстрее, чем при 298
К. Процесс, однако, быстро прекращается и только после переориентации
мономерных звеньев при замораживании - оттаивании образца идет дальше.
Ориентационными нарушениями объясняется и резкое падение выхода димеров
при температуре плавления нативной ДНК, которое не наблюдается у
предварительно денатурированной ДНК.
Число образующихся в ДНК димеров тимина определяется количеством
расположенных рядом тимино-вых остатков. По данным Корнберга с сотр., в
ДНК М. lysodeicticus в такие пары включено около 1,8, а в ДНК фага Т2-11%
всего тимина. В соответствии с
230 Глава XII. Действие УФ-света на нуклеиновые кислоты
этим в ДНК М. lysodeicticus димеризуется 1,2, а в ДНК фага Т2 - 5,7%
всего тимина.
Вероятность образования димеров зависит также от вторичной и третичной
структур ДНК. Подтверждением этому служат опыты Г. Б. Завильгельского и
сотр., в которых была выявлена отчетливая корреляция между квантовым
выходом димеризации тимидил-тими-дина и взаимоориентацией тимина, а также
выходом образования летальных димеров в инфекционной фаговой ДНК и
конформацией макромолекулы, контролируемой температурой и денатурирующими
веществами. По расчетам японского исследователя Нагата, условия для
димеризации наиболее благоприятны у тех конформаций ДНК (из всех
возможных), у которых соседние остатки тимина ориентированы друг к другу
под углом 36°.
Перейдем теперь к рассмотрению имеющихся данных по фотофизике процесса.
Известны убедительные экспериментальные доказательства того, что
предшественник фотодимеров тимина - первое триплетное состояние
основания: 1) триплетные тушители (Ог, парамагнитные ионы) тормозят
фотодимеризацию тимина; 2) к тому же результату приводит уменьшение
заселенности триплетных уровней тимина (тест - тушение фосфоресценции)
при триплет-синглетной миграции энергии с тимина ДНК на краситель
профлавин; 3) димеры образуются в разбавленных растворах тимина, где
временные промежутки между столкновениями значительно превышают время
жизни их возбужденных синглетных состояний (10~12 с), но соизмеримы с
временем жизни триплетов (10~6 с); 4) избирательное заселение триплетных
уровней при триплет-триплетной миграции энергии от ацетофенона к тимину
ДНК в растворе, а также в интактных фагах Т4 приводит к образованию
димеров.
Однако на основании опытов по ингибированию ди-мерообразования в ДНК
хлороквином, сопоставления спектральных зависимостей эффективности
торможения димерообразования в ДНК этидиумбромидом (акцептор энергии) и
квантовых выходов его сенсибилизированной основаниями флуоресценции
Сазерлендом было высказано предположение о том, что часть димеров
образуется "синглетным" путем.
4. Димеризация тимина
231
Все же. к настоящему времени наиболее аргументирована точка зрения о
преимущественно "триплетном" образовании димеров в ДНК при
физиологических условиях. Отмеченное Сазерлендом некоторое несовпадение
спектра действия димеризации со спектром поглощения тимина, заключающееся
в возрастании квантового выхода фотохимической реакции с уменьшением
длины волны света, может быть объяснено более эффективным заселением
триплетных уровней тимина с высоких колебательных подуровней синглетного
возбужденного состояния. Это хорошо согласуется с аналогичной
зависимостью от длины волны облучения константы скорости
интеркомбинационной конверсии в триплетное состояние, полученной методом
флеш-фотолиза.
В работах Айзингера с сотр. методом ЭПР было показано, что при
ультрафиолетовом облучении в ДНК возникают свободные радикалы тимина.
Однако ингибиторы свободнорадикальных реакций не оказывали существенного
влияния на процесс фотодимеризации. По всей видимости, роль
свободнорадикальных состояний в образовании димеров тимина невелика и
предшественником димера является все же не свободный радикал тимина, а
его триплетное состояние. Можно думать в связи с этим, что сигнал ЭПР
регистрируется скорее всего от тех тиминовых оснований, для димеризации
которых нет стерических условий.
Есть все основания думать, что димеры образуются непосредственно из
триплетного эксимера. Минуя стадию лабильного химического фотопродукта,
эксимер, по-видимому, прямо превращается в стабильный фотохимический
продукт - димер.
Как отмечалось выше, замыкание двух ковалентных С - С-связей между двумя
молекулами тимина происходит в пятом и шестом положениях. Действительно,
квантовомеханические расчеты показывают, что именно между пятым и шестым
углеродными атомами в первом возбужденном состоянии наиболее высокая
