Texas A&M: тимин разрушается под УФ 265 нм быстрее урацила, но реже образует необратимые повреждения
В опытах с отдельными основаниями при 265 нм тимин повреждался быстрее урацила, но направлял повреждения в обратимую форму. Авторы связывают это с выбором тимина для ДНК на ранней Земле.
Группа Texas A&M University под руководством Питера Рентцеписа, с Кейваном Хош Абади и Негар Карпоуразар, сравнила тимин и урацил под контролируемым ультрафиолетом 265 нм. По данным исследования в Proceedings of the National Academy of Sciences, тимин повреждается быстрее, но направляет повреждения в обратимые формы pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗. Опыты проводили на отдельных азотистых основаниях, а не на цепях ДНК или РНК.
Почему тимин казался плохим выбором
ДНК использует тимин, РНК — урацил; тимин отличается от урацила одной добавленной углеродной группой. На ранней Земле не было озонового слоя, и интенсивный ультрафиолет доходил до поверхности, а тимин выглядел более уязвимым основанием.
Тимин сильнее всего поглощает свет на 265 нм, урацил — на 259 нм. По моделям раннего Солнца, интенсивность света в максимуме тимина примерно в 2,5 раза выше, чем в максимуме урацила, а полоса поглощения тимина шире примерно на 9 процентов. Значение 2,5 — модельное и зависит от принятой атмосферы.
Методами стационарной абсорбционной, флуоресцентной и рамановской спектроскопии авторы показали, что тимин по своей природе более фотореактивен. По скорости спада поглощения он разрушался почти в три раза быстрее урацила и флуоресцировал примерно в 4,5 раза ярче. Авторы трактуют свечение как признак того, что возбуждённый тимин дольше сохраняет это состояние, и у реакций остаётся больше времени pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗.
Куда уходит повреждение
Каждое основание растворяли в воде, замораживали при -15°C в кварцевых кюветах и облучали час светодиодом на 265 нм. При замерзании молекулы вытесняются в тесные карманы, что имитирует соседние основания в цепи, где и образуются главные повреждения.
Ультрафиолет создаёт между соседями два основных повреждения. Циклобутановый пиримидиновый димер обратим и может распасться без ферментов. Фотопродукт (6-4) необратимо перестраивает основания. По подобранным кривым тимин образовывал продукт (6-4) со скоростью 1,56 в минуту против 2,04 у урацила, то есть его повреждения шли преимущественно по обратимому пути.
Авторы заключают, что канонические основания, по-видимому, отбирались не ради минимума повреждений, а ради их локализации и обратимости: ферментов репарации тогда ещё не было pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗. «В этом смысле тимин мог служить молекулярным солнцезащитным кремом», — сказал Хош Абади.
Авторы отмечают, что отдельные основания во льду не передают всей химии настоящих генетических молекул. Они добавляют, что измеренные спектральные признаки до и после повреждения могут помочь оценивать ультрафиолетовые повреждения в целых клетках, например проверять, инактивировала ли лампа для обеззараживания воды микробы.
