Ultraviolette Strahlen können auch indirekt die DNA schädigen. Wie? Die Geschichte beginnt mit Melanin, einer Klasse von Verbindungen, die Organismen produzieren
geben Sie ihre Hautfarbe. Das große System frei beweglicher (delokalisierter) Elektronen, das Melanin seine Farbe verleiht, ermöglicht es ihm auch, UV-Licht zu absorbieren. Melanin ist nicht die einzige lichtabsorbierende Verbindung in Lebewesen; Chlorophylle und andere helle Pigmente in Pflanzen absorbieren ebenfalls Licht und wirken aufgrund der großen Anzahl delokalisierter Elektronen in jedem Molekül bei der Photosynthese. Wenn Melanin von einem Photon aus UV-Licht getroffen wird, geht es in einen angeregten Zustand über, in dem ein Elektron an Energie zugenommen hat. In Chlorophyllen beginnt dieser angeregte Zustand die Reaktionskette, die zur Photosynthese führt. Melanin ist anders. Anstatt sehr reaktiv zu werden, wenn es von UV-Licht getroffen wird, setzt Melanin die zusätzliche Energie als Wärme frei; es reagiert weniger als 1 von 1000 Mal, wenn es erregt wird. Dadurch kann Melanin empfindlichere Moleküle wie DNA vor UV-Strahlung schützen.
Gelegentlich funktioniert dieser Schutz nicht wie vorgesehen. Ultraviolette Strahlung kann entweder dazu führen, dass Melanin reagiert oder auf ein Molekül trifft, das nicht so aufgebaut ist, dass es die Energie ableitet, wie eine Aminosäure. Wenn dies geschieht, kann das angeregte Molekül ein benachbartes Sauerstoffatom anregen und das stabile Molekül in eine reaktive Spezies verwandeln. Sauerstoff ist in seinem angeregten Zustand mit höherer Energie viel weniger stabil, daher reagiert er mit allen Proteinen oder Lipiden, mit denen er in der Zelle kollidiert, um in seinen stabileren Zustand mit niedrigerer Energie zurückzukehren. Obwohl es verschiedene Moleküle in der Zelle schädigen kann, tritt der größte Schaden auf, wenn es auf DNA trifft. Wenn ein angeregter Sauerstoff auf DNA trifft, kann dies zu einer Guanin-Thymin-Transversion führen, was bedeutet, dass das Puringuanin durch das Pyrimidinthymin ersetzt wird. Wie bei direkten DNA-Schäden verändert diese Mutation die Translation der DNA in ein Protein und kann potenziell schädlich sein. Ein Teil dessen, was diese Art von DNA-Schäden besonders gefährlich macht, ist, dass sie durch angeregte Sauerstoffmoleküle verursacht werden, nicht durch das UV-Licht selbst. Angeregter Sauerstoff hat eine ungewöhnlich lange Lebensdauer für eine reaktive Spezies, so dass der Schaden in anderen Zellen als Hautzellen auftreten kann.
Schäden können auch entstehen, wenn der angeregte Sauerstoff mit einem Molekül Wasserstoffperoxid kollidiert – der gleichen Verbindung in Haushaltsdesinfektionsmitteln. Wasserstoffperoxid wird in den Mitochondrien als Nebenprodukt der Zellatmung produziert. Die Zelle wandelt das Peroxid normalerweise in Wasser um, aber einige Moleküle entziehen sich diesem Prozess. Wenn ein angeregter Sauerstoff auf Wasserstoffperoxid trifft, spaltet sich das Peroxid in zwei Hälften und bildet zwei Hydroxylradikale. Hydroxylradikale sind ein Wasserstoffatom, das mit einem ungepaarten Elektron an ein Sauerstoffatom gebunden ist (dies macht es zu einem Radikal). Elektronen bevorzugen es immer, paarweise zu sein, daher macht ein ungepaartes Elektron eine Verbindung sehr reaktiv. Das Hydroxylradikal kann sich an das Rückgrat der DNA (Desoxyribose) anlagern, wodurch der DNA-Strang brechen oder ein Basenpaar freigesetzt werden kann. Beide Ergebnisse können sehr schädlich für die DNA oder die Zelle sein.
Unser Körper legt sich jedoch nicht hin und nimmt sein Schicksal in Kauf – es gibt zahlreiche Abwehrmechanismen, um vor den Schäden zu schützen und sie abzumildern. Wenn direkte DNA-Schäden zwei Basenpaare miteinander verschmelzen, hat die DNA eine Ausbuchtung in ihrer normalen Doppelhelixform. Mehrere Enzyme reisen um die DNA herum und suchen nach dieser Abnormalität. Wenn sie eine solche Ausbuchtung finden, aktivieren sie Reparaturproteine, die den beschädigten Teil der DNA ausschneiden und die richtigen Basenpaare einsetzen. Dieser ganze Prozess wird Nukleotid-Exzisionsreparatur genannt. Der Effekt indirekter DNA-Schäden ist schwieriger zu erkennen, da die Transversion nicht zu einer verzerrten Helix führt. Der Mechanismus, der diese Art von Schaden repariert, wird als Basis-Exzisionsreparatur bezeichnet. Enzyme, die DNA-Glykolase genannt werden, entfernen ein durch Transversion verlegtes Basenpaar; Andere Enzyme öffnen dann das Rückgrat der DNA, so dass DNA-bauende Enzyme durchkommen und die Lücke mit dem richtigen Basenpaar füllen können. Unser Körper hat Mechanismen, die uns auch langfristig helfen. Direkte DNA-Schäden signalisieren die Produktion von zusätzlichem Melanin, so dass beim nächsten Kontakt der Haut mit UV-Licht mehr vom Melanin unschädlich aufgenommen werden kann. Dies bedeutet, dass jedes Mal, wenn Sie sich bräunen, nachdem Sie draußen waren, gab es direkte DNA-Schäden! Gönnen Sie Ihrer DNA also eine Pause und tragen Sie Sonnencreme auf, wenn Sie das nächste Mal die Sonne genießen!
Hinweis: Ich habe die Bilder gezeichnet, wenn Sie also Fehler sehen oder eine andere Reaktion wünschen, kommentieren Sie bitte!
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