Ученые раскрыли секрет фермента, защищающего от рака кожи
Ученым удалось на молекулярном уровне проследить за починкой поврежденной ультрафиолетом ДНК.
Повреждение молекул ДНК квантами ультрафиолета вызывает рак кожи, меланому.
Именно поэтому в Великобритании был введен запрет на посещение соляриев
подростками, а озоновая дыра вызывает серьезное беспокойство у медиков. Открытие,
сделанное специалистами из Университета Огайо, позволит, как считают его авторы,
создать совершенно новые защитные средства в виде лосьонов и кремов для загара.
Открытие, описанное на страницах журнала Nature, означает возможность не
просто отражать избыток ультрафиолета или превращать его в тепло (как это делают
современные защитные кремы, кстати, далеко не всегда эффективные) – включение в
состав защитной косметики ферментов, подобных изученной учеными фотолиазы,
обеспечит восстановление ДНК, говорится в сообщении университета.
Последовательный прогресс
Сама по себе фотолиаза - далеко не новое для ученых вещество. Способность ее
восстанавливать поврежденную ультрафиолетовым излучением ДНК - тоже. Новизна
работы заключена в описании механизма действия фермента на уровне отдельной
молекулы.
Пояснить это можно следующей аналогией: большинству владельцев компьютеров
известно, что внутри их компьютера есть микросхема, называемая центральным
процессором. То, что в ней происходит обработка информации и внутри процессора
циркулируют электрические импульсы - тоже общеизвестный факт. Но без детального
представления о процессах протекания тока через транзисторы создать новый
процессор будет невозможно.
Исследователи из США продолжили работу, начатую задолго до них. В 1958 году
фотолиазу удалось впервые выделить, в 1960-м впервые описали примерный механизм
ее действия, еще позже удалось установить форму молекулы, и сейчас речь зашла
уже о тонкостях, открыть которые помогла так называемая фемтосекундная
спектроскопия.
Фото со вспышкой
Многие химические реакции - среди которых и починка ДНК фотолиазой -
протекают за считаные фемтосекунды (1 фс = 10 в минус 15-й степени секунды;
миллиардная доля от миллионной доли), поэтому пронаблюдать за ними далеко не
просто. Свет, для сравнения, проходит за это время несколько десятков нанометров
- то есть не успевает даже пересечь клетку кожи!
Но если суметь создать сверхкороткую световую вспышку, которая длится как раз
несколько фемтосекунд, то ей можно поймать часть молекул как раз в то время,
когда они уже вступили в реакцию, но еще не успели превратиться в продукт этой
реакции или, если речь идет о катализаторе, вернуться в свое первоначальное
состояние. Конечно, фотографии молекул не выйдет, но химикам именно фото и не
требуется - им вполне хватит спектра.
Лазер дает сверхкороткую вспышку ультрафиолета, молекулы фотолиазы вступают в
реакцию с ДНК и далее ученым остается только посмотреть на спектр прошедшей
через изучаемую среду вспышки - по его изменению о механизме реакции можно
сказать довольно много. А вот на то, чтобы получать такие короткие импульсы
излучения, регистрировать и анализировать их, у специалистов по лазерам ушли
десятки лет, фемтосекундная спектроскопия появилась лишь на рубеже 1980-х и
1990-х годов, через примерно четверть века после изобретения лазеров.
Перспективы
При помощи фемтосекундной спектроскопии ученым удалось узнать, что же
происходит с фотолиазой и ДНК при протекании жизненно важной реакции. Выяснилось,
что на протяжении несколько десятых долей пикосекунды (1 пс = 1000 фс = одна
миллионная от одной миллионной, 10 в минус 12-й степени секунды) происходит
сразу несколько событий, связанных как с разрывом неправильных связей в молекуле
ДНК, так и с передачей электронов и протонов от фотолиазы к еще одному
вспомогательному ферменту. Все эти передачи зафиксированы и описаны, что
позволяет рассчитывать на создание аналогов фотолиазы искусственным путем.
Что весьма актуально, так как у человека, как и у всех млекопитащих,
фотолиазы нет. Имеющиеся в наших кожных клетках ферменты тоже могут чинить
молекулы ДНК, но далеко не столь эффективно. Млекопитающие, обладая целым рядом
других преимуществ, по какой-то причине потеряли защитную систему и из-за этого
столкнулись с повышенным риском рака кожи, меланомы.
Источник: Gzt.ru