I raggi ultravioletti possono anche danneggiare il DNA indirettamente. Come? La storia inizia con la melanina, una classe di composti che gli organismi producono
dare il loro colore della pelle. Il grande sistema di elettroni (delocalizzati) in movimento libero che conferisce alla melanina il suo colore è anche ciò che gli consente di assorbire la luce UV. La melanina non è l’unico composto che assorbe la luce negli esseri viventi; le clorofille e altri pigmenti luminosi nelle piante assorbono anche la luce, agendo nella fotosintesi a causa del gran numero di elettroni delocalizzati in ogni molecola. Quando la melanina viene colpita da un fotone di luce UV, entra in uno stato eccitato, dove un elettrone è aumentato di energia. Nelle clorofille, questo stato eccitato inizia la catena di reazioni che si traduce nella fotosintesi. La melanina è diversa. Invece di diventare molto reattivo quando viene colpito dalla luce UV, la melanina rilascia l’energia extra come calore; reagisce meno di 1 su ogni 1000 volte diventa eccitato. Ciò consente alla melanina di proteggere le molecole più sensibili, come il DNA, dall’esposizione ai raggi UV.
Occasionalmente, questa protezione non funziona come previsto. La radiazione ultravioletta può causare la reazione della melanina o colpire una molecola che non è costruita per dissipare l’energia, come un amminoacido. Quando ciò accade, la molecola eccitata può eccitare un atomo di ossigeno adiacente, trasformando la molecola stabile in una specie reattiva. L’ossigeno è molto meno stabile nel suo stato eccitato e più alto di energia, in modo da reagirà con tutte le proteine o lipidi che si scontra con nella cellula per ritornare al suo stato più stabile e più basso di energia. Sebbene possa danneggiare varie molecole nella cellula, il maggior danno si verifica quando colpisce il DNA. Quando un ossigeno eccitato colpisce il DNA, può causare una guanina alla timina transversion, il che significa che la guanina purinica viene sostituita dalla timina pirimidina. Come nel caso del danno diretto al DNA, questa mutazione altera il modo in cui il DNA viene tradotto in una proteina e può essere potenzialmente dannoso. Parte di ciò che rende questo tipo di danno al DNA particolarmente pericoloso è che è causato da molecole di ossigeno eccitate, non dalla luce UV stessa. L’ossigeno eccitato ha una durata insolitamente lunga per una specie reattiva, quindi il danno può verificarsi in cellule diverse dalle cellule della pelle.
Il danno può anche insorgere se l’ossigeno eccitato si scontra con una molecola di perossido di idrogeno – lo stesso composto nel disinfettante domestico. Il perossido di idrogeno è prodotto nei mitocondri come sottoprodotto della respirazione cellulare. La cellula di solito trasforma il perossido in acqua, ma alcune molecole sfuggono a questo processo. Se un ossigeno eccitato colpisce il perossido di idrogeno, il perossido si divide a metà e forma due radicali idrossilici. I radicali idrossilici sono un atomo di idrogeno legato a un atomo di ossigeno con un elettrone spaiato (questo è ciò che lo rende un radicale). Gli elettroni preferiscono sempre essere in coppia, quindi avere un elettrone spaiato rende un composto molto reattivo. Il radicale idrossile può attaccarsi alla spina dorsale del DNA (desossiribosio), che può causare la rottura del filamento di DNA o il rilascio di una coppia di basi. Entrambi questi risultati possono essere molto dannosi per il DNA o la cellula.
I nostri corpi, tuttavia, non si sdraiano e accettano il loro destino – ci sono numerosi meccanismi di difesa per proteggere e mitigare il danno. Quando il danno diretto al DNA fonde insieme due coppie di basi, il DNA ha un rigonfiamento nella sua normale forma a doppia elica. Diversi enzimi viaggiano intorno al DNA alla ricerca di questa anomalia. Quando trovano un tale rigonfiamento, attivano le proteine di riparazione che tagliano la parte danneggiata del DNA e inseriscono le coppie di basi corrette. Questo intero processo è chiamato riparazione escissione nucleotidica. L’effetto del danno indiretto al DNA è più difficile da rilevare perché la transversion non provoca un’elica distorta. Il meccanismo che ripara questo tipo di danno è chiamato riparazione dell’escissione di base. Gli enzimi chiamati glicoslasi del DNA rimuovono una coppia bassa fuori luogo da transversion; altri enzimi poi aprono la spina dorsale del DNA in moda da potere venire attraverso gli enzimi della costruzione del DNA e riempire la lacuna con la coppia bassa corretta. I nostri corpi hanno meccanismi che ci aiutano anche a lungo termine. Il danno diretto al DNA segnala la produzione di melanina aggiuntiva, in modo che la prossima volta che la pelle è esposta alla luce UV, più può essere assorbita in modo innocuo dalla melanina. Ciò significa che ogni volta che diventi più abbronzato dopo essere stato fuori, c’era un danno diretto al DNA! Quindi dai una pausa al tuo DNA e applica la protezione solare la prossima volta che ti godi il sole!
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