Фотореактивація РНК

Під впливом хімічних, фізичних та інших факторів зовнішнього середовища в молекулах РНК можуть відбуватися різні пошкодження, пов'язані, головним чином, із порушенням процесів реплікації, розривом молекул РНК тощо, що призводить до серйозних наслідків.

У процесі еволюції в клітинах живих організмів утворилися певні механізми репарації (відновлення) пошкодженої РНК. У клітині існує система репараційних ферментів, функція яких полягає в усуненні пошкоджень у генетичному матеріалі.

Початок вивченню репарації було покладено роботами А. Келнера (США), який, у 1948 р., виявив явище фотореактивації – зменшення пошкодження біологічних об'єктів, викликаного ультрафіолетовими променями, при поадльшому впливі яскравим видимим світлом (світлова репарація).

Р. Сетлоу, К. Руперт (США) та ін. незабаром встановили, що фото-реактивація – це фотохімічний процес, який протікає за участю спеціального ферменту і приводить до розщеплення димерів тиміну, які утворюються в ДНК і РНК при поглинанні УФ-кванта.

Цей фермент розщеплює димери двох сусідніх піримідинів циклобутанового типу в одному ланцюзі РНК, які утворюються під впливом УФ-променів. Кожний з димерів затримує реплікацію приблизно на 10 секунд. Фермент приєднується до них і у темряві, і на світлі, але реакція розщеплення зв'язків, які об’єднують дві молекули піримідинів, енергетично залежить від дії видимого світла з великою довжиною хвилі. На світлі піримідинові димери розщеплюються, після чого, за рахунок розриву ковалентних зв'язків, відбувається мономеризація і, в такий спосіб, відновлюється нативная структура РНК. До ефективного діапазону (365-490 нм) відносяться найбільш довгохвильові УФ-промені (365-390 нм) і сині промені, які примикають до них (435-495 нм).

Найбільша ефективність фотореактивації відзначена для блакитної частини видимого спектра. Якщо ж необхідно виключити можливість реактивації то досвіди необхідно проводити у довгохвильовій частині спектра, починаючи з жовтого (570-590 нм). За 1 хвилину молекула фотоліази може розщепити 2, 4 димера. У Е. coli система фотореактивації видаляє до 90% піримідинових димерів і контролюється одним геном – phr. Штами, які несуть мутацію цього гена не здатні до репарації РНК. Фотореактивації піддаються тільки циклобутанові димери.

Також слід відзначити, що це практично єдина відома ферментна реакція, у якій фактором активації служить не хімічна енергія, а енергія видимого світла. Дезоксирибозидпіримідинфотоліаза широко розповсюджена у різних органіч-них форм і представлена навіть у таких примітивних мікроорганізмів, як мікоплазми. Вона є у всіх вивчених бактерій, крім Micrococcus radiodurans, які надзвичайно стійкі до дії УФ-променів і витримують дози у 1000 разів вищі, ніж ті, які є летальними для E. coli. Фотоліаза виявлена у клітинах багатьох рослин і тварин, у тому числі й у людини. Очевидно, найбільше значення фотореактивація має у рослин.

Отже, фотореактивація РНК є механізмом захисту клітини від негативної дії ультрафіолетової радіації, яка викликає утворення тимінових димерів. При фотореактивації фермент РНК-фотолаза, приєднуючись до хромофору, поглинає видиме світло, надаючи необхідну для здійснення реакції енергію. Фермент специфічно взаємодіє з тиміновим димером, розщеплюючи його на мономери. При цьому відновлюються водневі зв'язки між звільненими двома тимінами і аденінами в комплементарних полінуклеотидних ланцюгах РНК. Функція РНК при цьому відновлюється приблизно на 90-95%.