Erbgutschäden: Der Sonnenschutz der DNA

20. Oktober 2015
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UV-Strahlung zählt zu den häufigsten Ursachen für Erbgutschäden. Was aber passiert in DNA-Bausteinen, wenn sie mit UV-Licht angeregt werden? Mit der aufgenommenen Energie setzen die Moleküle eine völlig ungefährliche Reaktion in Gang, die Veränderungen der Gene verhindert.

Mithilfe der Femtosekundenspektroskopie schossen die Chemiker ultrakurze Lichtblitze auf mit UV-Licht angeregte Basenpaare aus Guanin und Cytosin. So konnten sie den schützenden molekularen Mechanismus offenlegen, der sich innerhalb weniger Billiardstel Sekunden abspielt. In dem sogenannten elektronengetriebenen Protonentransfer-Prozess (EDPT) wird ein Wasserstoff-Atom innerhalb der Molekülverbindung verschoben. Das Basenpaar kehrt daraufhin aber durch den gleichen Vorgang sofort wieder zur Ausgangsstruktur zurück. „Die Natur nutzt die Reaktion, um die Lichtbeständigkeit des Erbguts um Größenordnungen zu verstärken – sie ist sozusagen der Sonnenschutz der DNA“, sagt Professor Friedrich Temps, Leiter des Kieler Forschungsteams vom Institut für Physikalische Chemie.

„Die DNA-Bausteine selbst entlasten dadurch die enorm aufwändigen und nur sehr langsamen aktiven Reparaturmechanismen der Zellen durch Enzyme, für deren Entdeckung in diesem Jahr gerade der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde. Ohne die von uns beobachteten passiven Prozesse wären die aktiven Reparaturmaschinen der Zellen hoffnungslos überlastet“, ergänzt Professor Andrew Orr-Ewing, Leiter des Teams in Bristol.

Eine Nanosekunde überlebt

In einigen Fällen gelingt es dem Basenpaar jedoch nicht, zur Ausgangssituation zurückzukehren. Hier führt der EDPT dazu, dass zwei Wasserstoffatome verschoben werden. „Das Produkt könnte eine mutagene Vorstufe sein und zu Schäden an der DNA führen“, erklärt Dr. Katharina Röttger von der englischen Arbeitsgruppe. Was allerdings mit diesem Molekül weiter passiert, müssen zukünftige Experimente zeigen. „Wir können nur sagen, dass das potenziell mutagene Molekül den Zeitrahmen unserer Messungen von einer Nanosekunde überlebt“, sagt Röttger.

Die Wissenschaftler wollen nun herausfinden, ob die gleichen Prozesse auch in einem langen DNA-Strang passieren. Kompliziert machen dieses Unterfangen aber die vielen Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den Molekülen und in den Wasserstoffbrücken. Oft werden extrem schnelle Reaktionen von langsameren überdeckt.

Originalpublikation:

Ultraviolet Absorption Induces Hydrogen-Atom Transfer in G∙C Watson-Crick DNA Base Pairs in Solution
Katharina Röttger et al.; Angewandte Chemie, doi: 10.1002/anie.201506940; 2015

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Innere Medizin, Medizin

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1 Kommentar:

Gast
Gast

Überschrift: wat denn nun,
Erbschäden verursachen oder verhindern?
Bei noch energiereicheren Strahlen (radioaktiv) ist ja der Rückgang der Krebshäufigkeit vielfach dokumentiert.
Das wollen die grünen Politik-Diktatoren nur nicht hören.

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