POLAK WSPÓŁODKRYWCĄ MECHANIZMU OCHRONY INFORMACJI GENETYCZNEJ

Dlaczego spośród milionów cząsteczek organicznych do kodowania informacji genetycznej wybrane zostały adenina, cytozyna, guanina i tymina - cztery zasady DNA? Tę genetyczną zagadkę natury udało się rozwiązać polsko-niemieckiej grupie uczonych.

Artykuł na ten temat opublikowano w najnowszym numerze Science Magazine http://www.sciencemag.org/

JAK CZĄSTECZKI CHRONIĄ SIĘ PRZED ŚWIATŁEM

Rozwiązanie zagadki wiąże się z odkrytym mechanizmem odporności niektórych cząsteczek organicznych na promieniowanie ultrafioletowe (UV).

Jak ustalili dwaj badacze - prof. Andrzej L. Sobolewski z Instytutu Fizyki PAN http://www.ifpan.edu.pl/ i prof. Wolfgang Domcke z Politechniki Monachijskiej http://www.tum.de/ pary zasad wybrane przez naturę do kodowania informacji genetycznej, adenina-tymina i guanina-cytozyna, wykorzystują ten mechanizm szczególnie efektywnie.

"Absorpcja kwantu światła przez cząsteczkę oznacza zdeponowanie w niej pewnej energii - wyjaśnia Andrzej Sobolewski. - Energia ta może wywołać zmianę fizyczną cząsteczki, na przykład zmienić jej kształt, zjonizować lub nawet doprowadzić do przemiany chemicznej, czyli zniszczenia jej".

Aby obronić się przed "atakującym" nieustannie Ziemię światłem ultrafioletowym, natura musiała wybrać spośród milionów organicznych cząsteczek takie, które są na tę groźną energię odporne.

Taką własność posiadają wybrane przez naturę adenina, cytozyna, guanina i tymina oraz ich pary komplementarne, obdarzone bardzo istotną cechą - tzw. fotostabilnością.

Tylko dzięki temu zakodowana informacja genetyczna jest wystarczająco stabilna i może być przekazana następnemu pokoleniu.

ENERGIA ROZMIENIONA NA GROSZE

"Pary komplementarne zasad DNA posiadają unikalny mechanizm szybkiej dezaktywacji zaabsorbowanej w postaci kwantu UV energii. Energia ta jest bardzo wydajnie +rozmieniana na drobne+, czyli na mniej groźne kwanty podczerwone, a następnie przekazywana w postaci ciepła do otoczenia" - tłumaczy Sobolewski.

Nim więc energia UV rozpocznie swoje niszczycielskie działanie wewnątrz cząsteczki, zostaje z niej usunięta.

Jak ustalili Sobolewski i Domcke, proces ten przebiega niezwykle szybko, w ciągu zaledwie jednej pikosekundy (1 ps), czyli milionowej części milionowej części sekundy (10 do minus 12 s).

"Jest to jeden z najszybszych procesów, jakie obserwuje się w klasie cząsteczek aromatycznych, do której należą zasady DNA" - mówi Sobolewski.

Najważniejszą rolę w tym procesie pełni "klej atomowy", czyli atomy wodoru, tworzące tzw. wiązania wodorowe pomiędzy parami zasad DNA.

Jak wyjaśnia Sobolewski, zaabsorbowana przez związaną parę cząsteczek energia UV zamienia się na energię kinetyczną atomu wodoru oscylującego - jak piłeczka pingpongowa - pomiędzy parą zasad.

"W czasie tego ruchu atom wodoru traci stopniowo swoją energię kinetyczną, przekazując ją innym, cięższym atomom tych cząsteczek. W efekcie energia kwantu UV zostaje szybko i efektywnie zamieniona na energię oscylacji atomów tworzących cząsteczkę, a więc - na ciepło" - wyjaśnia Sobolewski.

Ten przewidziany teoretycznie przez Sobolewskiego i Domckego mechanizm został ostatnio potwierdzony doświadczalnie - dla pary cząsteczek będącej modelem pary zasad DNA. Dokonała tego grupa uczonych z Instytutu Maxa-Borna http://www.mbi-berlin.de/ w Berlinie.

Wspólny polsko-niemiecki artykuł na ten temat ukazał się w najnowszym numerze "Science Magazine" (z 3 grudnia 2004).

PAP - Nauka w Polsce, Joanna Poros

9 grudnia 2004