Експерименти с плазмидна ДНК чрез облъчване с инфрачервена светлина с дължина на вълната от 2.2 микрона показват, че ДНК нишка паузи не се случват по-често и по-често, отколкото в близката инфрачервена област. Молекулното Механизмът на този процес не е свързан с електроните, включени в абсорбцията на светлината, и с хидроксилни радикали ОН, които, когато голям върхова мощност стават ротационно възбуден ефективно и нарязани една или и двете вериги на ДНК молекулата.
Ефектите на излъчване на ДНК
Като цяло, ДНК разрушаване от радиация може да се получи по различни причини. Най-очевидно - е термичния ефект, и че това е първото нещо, което идва на ум, когато говорим за инфрачервено излъчване. Голям инцидент радиация поток на жива тъкан води до локално освобождаване на енергия, увеличаване на температура, поради което е челно или унищожени ДНК молекулата.
От гледна точка на молекулно физика, разрушена ДНК верига на - това е просто пауза някои химични връзки. Двойно разделяне - две такива събития на двете вериги, които са възникнали много близо един до друг. Ако нито един разкъсване може да се поправи, като завърши втора молекула на (допълнителни) нишки, двойно-почивка само намалява ДНК на парчета. По принцип, да се организира такава празнина не е трудно - необходимо е само да се прехвърлят ДНК молекула повече енергия, и е необходимо да се премине директно. Тази енергия се извади от няколко молекули на електроните в химичните връзки я нарушава, а конецът ще може да се пръсне. Такива процеси започват над прага на йонизация на ДНК, която е няколко десетки електронволта. За високо енергийни йонизиращо лъчение, и това е основният механизъм на действие. Частица с енергия megaelectronvolts поради йонизация на веществото, произведено след себе си хиляди електрони на MeV загуба на енергия, както и всеки от тези електрони има възможност да прекъсне ДНК веригата. Въпреки това, за частици с по-ниска енергия празнина поради такъв "груба сила" не е вече работи. Например, оптични енергия на един фотон е само 2 EV, което е значително по-ниска от прага на йонизация; енергия инфрачервени фотони, и дори по-малко. Освен това, радиация енергия не се освобождава много по-директно в ДНК молекула, и течна до него. Следователно, възниква въпросът дали това (вече малки!) Енергията се предава на ДНК, независимо дали това води до разкъсване на нишките, и ако е така, как точно това се случи.
Ролята на хидроксилен радикал
Електроните се отклони от йонизиращо лъчение, обикновено се счита за основен източник на различни проблеми за ДНК. Все пак, това не е само тях. Преди три години, беше показано. че са образувани под действието на инфрачервена (IR) светлина на хидроксилни радикали (ОН молекули) също играе важна роля в този процес. Този "фрагменти" на водните молекули, които възникват под въздействието на силна светлина област. Първоначално, лазерът генерира множество импулс възбужда (Н2 О *) и дейонизирана (Н 2О +) на водните молекули, които след това се сблъскват една с друга и обмен на протонната: Н 2О * + Н 2О + → OH + H3 О +. Хидроксилни радикали са нестабилни, те са взети с удоволствие водороден атом от околния материал, ако е налична. Радикали ОН, формирани в близост до ДНК молекули това място, поради множество сблъсъци на избрано едно от неговите водородни атоми, се превръща в водните молекули. Загубата на водород в "гръбнака" на ДНК нишки води до преструктуриране на химическите връзки и скъсване на нишката.
Фиг. 2. Електрофореза идентификация на пространствената конфигурация на ДНК плазмид. Три различни форми се движат с различна скорост от електрическо поле. От относителните яркост ленти може да се определи процента на всяка форма на ДНК. Снимката отдясно показва, че излагането на (-) Почти всички ДНК е в състояние суперкойлд и след облъчване (+) се превръща в други форми. Образът на статията в процес на обсъждане
За тази експериментатори използват бактериален плазмид ДНК - малък пръстен разточва на парчета на ДНК молекули, които в нормално състояние са под формата на "суперкойлд" спирала (т.нар ДНК супернавиване). Възможност за свръх-навиване - важна характеристика на ДНК, която помага на компактния си за съхранение и изпълнение на техните функции. Счупете една нишка позволява sverhspirali разплитане - той отива в "спокойна" форма; двойно прекъсване го превръща в линейна молекула (фиг. 1). Всички тези три форми ефективно разделя при използване на стандартни техники на гел електрофореза (фиг. 2), тъй като те "приплъзване" под влиянието на електрическо поле с различни скорости. Ето защо, като се сравняват райетата преди облъчването и след облъчване, е възможно според тяхната яркост да знам какъв е процентът на свръхспирализираната плазмид става спокойна или линейна форма.
За да се определи кои от молекулни механизми на ДНК паузи, експериментаторите бяха добавени към разтвор на специални вещества, които бързо консумират свободни електрони или свободните ОН-радикали, неутрализиране действието им. Измерване на процента на ДНК прекъсвания, в зависимост от концентрацията на електрон-неутрализиращи радикал или неутрализиращи средства, е възможно да се направят изводи за тяхната роля в разрушаването на ДНК. Например, ако електроните играят важна роля в разрушаването на ДНК, след това броят на неутрализация на разкъсвания ще силно намалява. Ако те не играят роля - това няма да се промени.
Фиг. 3. Състави на pBR322 плазмид DNA преди облъчването (-) и след облъчване (+). Вляво. лъчение при дължина на вълната от 1.35 микрона, надясно. при дължина на вълната от 2.2 микрона. Черно, червени и сини цветове са показани първоначалното (суперкойлд), линеен и спокойна конфигурация, съответно. Образът на статията в процес на обсъждане
Като цяло се счита правдоподобно, че по-дълги вълни радиация, които използваме, толкова по-малко - при определен капацитет - трябва да бъде причинено от тяхното въздействие, тъй като енергията на отделни фотони става по-малък. Резултатите от нови експерименти напълно противоречат на това предположение. Установено е, че радиация с дължина на вълната от 1.35 цт и 2.2 цт унищожи ДНК силна. отколкото в предишните опити с близката инфрачервена светлина. След три минути облъчване почти всички супернавитата ДНК в пробата има прекъсвания поне една нишка (фиг. 3). Освен това, значителна част от 2.2 микрона получава цялата ДНК двойно прекъсване и става линейна (и това е подчертано на Фиг. 2 и 3).
За да се докаже, че дълговълнова инфрачервена радиация действа върху ДНК поради ОН-радикали, не електрони, експериментатори са проведени серия от измервания с добавки неутрализиращи агент с различни концентрации. Установено е, че на практика не на неутрализиращи електроните променят процента на ДНК паузи, и ОН-радикални неутрализатори драстично го намалят. Освен това, процентът на линеен ДНК намалява с увеличаване на концентрацията на катализатор ОН-е много по-бързо от скоростта на релаксация. Това означава, че механизмът на прекъсвания на двойната верига - вероятно не е един удар на молекулата ОН, веднага се счупи и двете вериги, както и две подобни, но независимо от въздействието, всяка от които се разделя своята низ. Досега този въпрос не е бил тестван експериментално.