Фотолиаза - молекулски механизам оправке uv-индукованих днк лезија

Abstract

Оштећења на ДНК структури, као што су одсецања и модификације азотних бaзa или промене на шећерно-фосфатним групама, често су изаsвана UV светлошћу, јонизационим зрачењем, токсичним и канцерогеним супстанцама, као и загађењима из животне средине. Да би се одржала генетичка стабилност ћепије, развили су се заштитии механизми који оправљају различите врсте оштећења. Многи ДНК репарациони процеси код прокариотских и еукариотских ћeлuja cy веома слични. Фотолиаза отклања најчешће ДНК дефекте, настале UV (200-300 нм) зрачењем — циклобутан пиримидиске димере (CPD) u (6-4)-фотопродукте, тако што катализује цепање циклобутанског прстена CPD димера на пиримидинске мономере у ретро-Дилс-Алдеровој реакцији иницираној блиском UV или видљивом плавом светлошliу (UV/VIS, 300-500 nm). CPD оштећења ДНК која нису поправљена и отклоњена су високо цитотоксична, изазивајући мутагене и канцерогене промене у ћелији и на нивоу ДНК и одговарајућих протеина. Механизам рада овог ензима је познат и у доброј мери експериментално истажен. Ипак, многи термодинамички и кинетички параметри могу бити одређени само путем теоријско-рачунарских студија на чије резултате ћe овде такође бити бачен акценат. Поред тога, у овом тексту је понуђен одговор на неколико контраверзних детаља и питања, која су дуго времена била неразјашњена.

Damages in the DNA structure, such as, excision and modification of bases or alternation of sugar-phosphate groups are often caused by UV light, ionizing radiation, toxic and carcinogenic substances, and environmental pollution. To maintain genetic stability, cells protect themselves against these kinds of lesions. Moreover, the main DNA repair processes in prokaryotic and eukaryotic cells are quite similar. Photolyases catalyze the repair of the most common DNA defects caused by UV (200-300 nm) radiation - cyclobutane pyrimidine (CPD) dimers and (6-4)-photoproducts. The DNA repair is achieved by splitting the ring of CPD dimer into pyrimidine monomers in retro-Diels-Alder reaction induced by near UV/ visible blue light (UV/VIS, 300-500 nm). If not repaired the CPD lesions are highly cytotoxic, mutagenic, and carcinogenic. Molecular mechanism of the enzyme is yet known and pretty well experimentally examined. However, many thermodynamic and kinetic parameters are not easy accessible and could be only obtained by theoretical/computational studies, which results are also discussed here. Beside a general introduction to the photoreactivation mechanism and the structure-function interrelation in the DNA photolyase, this text also addresses a several long-time controversial questions.