Использование D2O при изучении фотореакций

Свет, участвующий в биологических процессах, может иметь позитивный эффект, например — в фотосинтезе. Деструктивный эффект, проявляющийся как фоточувствительность организмов, клеток или отдельных систем, обычно связывают с образованием синглетного кислорода, переки­си водорода и радикалов гидроксила.

Негативное действие синглетного молекулярного кислорода может выражаться в способности окислять соседние молекулы белков, нуклеиновых кислот и липидов, а также запускать такие сложные процессы, как переокисление липидов, разрушение мембран, гибель клеток. Давно из­вестны клеточные системы, образующие фотохимически активируемые кислородные элементы, способные обнаруживать соответствующие реакции в виде индукции экспрессии эукариотических генов. Так могут регулироваться гены «стрессовых» белков, гены раннего ответа, гены металло­протеиназ, иммуномодуляции и цитокинеза, гены синтеза молекул адгезии, факторов активирова­ния транскрипции. Фотоиндукция различных генов способна приводить в разных случаях либо к усилению защитных механизмов клетки, либо к ее дальнейшему разрушению. Так, облучение клеток некоторых штаммов Е. coli красным светом приводит к улучшению роста бактерий, увели­чению размеров клеток, к активированию некоторых ферментов.

Этот эффект зависит от длины волны и, как и следовало ожидать, от присутствия синглетного кислорода, поскольку усиливается в В₂О-среде, но тормозится триптофаном, гистидином и азидом. Взаимодействие синглетного кислорода с соседними клеточными структурами индуцирует субле­тальные повреждения, которые могут изменять метаболизм в сторону акселерации.

данных следует, что присутствие в экспериментальных условиях (например, УФ-облучени при X = 320 - 380 нм) повышенных концентраций D₂O может способствовать увеличению образов; ния синглетного кислорода и, соответственно, иметь влияние на экспрессию генов.

Исследованиям факторов, напрямую влияющих на стабильность генетического материал;: посвящена публикация группы японских ученых, анализировавших РЬ²⁺-индуцированных разрь; вов нитей ДНК. В качестве объекта была использована плазмидная ДНК, что позволяло судні о разрывах спирализованных молекул по релаксации плазмиды. Прежде всего, установили, чт ацетат цинка, в отличие от ацетата свинца, не индуцирует такие разрывы. Присутствие тяжело; воды усиливает, а поглотители синглетного кислорода (NaN₃ и 2,2,6,6-тетраметил-4-пиперидо, (TEMP)) ингибируют РЬ²⁺-индуцированные разрывы ДНК. Напротив, поглотители гидроксильны; радикалов (маннитол и DMPO) гораздо менее эффективны как защита от разрывов ДНК, а каталь за и супероксиддисмутаза вообще не активны в отношении таких повреждений в Н₂О, но активны когда РЬ²⁺-индукция проводится в D₂O. Таким образом, ионы свинца, синглетный кислород и тя желая вода вовлечены в реакцию разрыва нитей ДНК, тогда как гидроксильные радикалы и пере киси — нет. Повторение аналогичных экспериментов на препарате ДНК тимуса теленка подтвер дило правильность данного заключения.

Изучение физиологических изменений в клетках Porphyromonas gingivalis при облучени; светом гелий-неонового лазера (0,22 Дж/см²) в присутствии фоточувствительного соединена толуидина синего О (ТВО) также проводилось с использованием тяжелой воды.

Подобные исследования проводятся и на более высокоорганизованных биологических объек тах. Так, известно, что ДНК митохондрий эпителиальных клеток человека, подвергающихся длительному освещению, часто содержит так называемую «обычную делецию» размером околі 5 т.п.н. При исследовании механизмов таких делеционных событий, что и УФ-облучение, и пр сутствие синглетного кислорода являются факторами, способствующими фрагментации митохон дриальной ДНК. Этот вывод основывается, в частности, на увеличении частоты делеций в присут ствии D₂O и на обратном эффекте поглотителей синглетного кислорода.

3,7.