Jak światło UV uszkadza nić DNA?

DNA może być najważniejszą pojedynczą cząsteczką w biologii. Wszystkie żywe istoty, od bakterii po ludzi, mają DNA w swoich komórkach. Zarówno forma, jak i funkcja organizmu są określane przez instrukcje zapisane w DNA. Każdy proces w twoim ciele jest kontrolowany i kierowany przez te instrukcje w bardzo precyzyjny sposób. Każde uszkodzenie cząsteczki DNA, a tym samym zawartych w niej instrukcji, może prowadzić do choroby.

Informacja w DNA jest zdeterminowana jego strukturą. Cząsteczka DNA to długa nić złożona z mniejszych, prostszych cząsteczek połączonych ze sobą, jak ogniwa łańcucha. Cztery różne, choć podobne, cząsteczki są używane jako ogniwa tworzące łańcuch. Kolejność, w jakiej te cztery cząsteczki występują wzdłuż łańcucha, koduje instrukcje. Chociaż informacje są bardzo złożone i szczegółowe, potrzebne są tylko cztery różne linki. Cztery małe cząsteczki, które tworzą połączenia łańcucha nici DNA, nazywane są zasadami i obejmują adeninę, cytozynę, guaninę i tyminę.

Światło UV, skrót od światła ultrafioletowego, znane również jako promieniowanie ultrafioletowe, jest formą niewidzialnego światła, które niesie dużo energii. Ta energia może uszkodzić DNA. UV jest składnikiem światła słonecznego, który powoduje oparzenia słoneczne i opaleniznę. Może być również wytwarzany sztucznie i znajduje zastosowanie w łóżkach i kabinach opalających. Trzy rodzaje światła UV to UVA, UVB i UVC. Najwyższą energią, najbardziej niszczącą z nich jest UVC. Na szczęście atmosfera ziemska blokuje promieniowanie UVC w świetle słonecznym, zanim dotrze do powierzchni. Najniższa energia, najmniej niebezpieczne promieniowanie UVA przenika do atmosfery, ale nie jest wystarczająco silne, aby bezpośrednio uszkodzić DNA. Promienie UVB zarówno przenikają do atmosfery, jak i posiadają wystarczającą ilość energii, aby uszkodzić DNA.

UVA nie jest wystarczająco energetyczne, aby bezpośrednio uszkodzić lub zmienić DNA. Może jednak pomóc w tworzeniu się szkodliwych rodników tlenowych. Rodniki tlenowe mogą bezpośrednio atakować DNA, ale mogą również zmieniać tłuszcze i białka w sposób, który czyni je szkodliwymi dla DNA. Uważa się, że to uszkodzenie powoduje raka. UVA stosowane w kabinach i łóżkach do opalania w solarium powoduje tego typu uszkodzenia i zwiększa ryzyko raka skóry. Uszkodzenia UVA kumulują się, więc więcej opalenizny oznacza większe ryzyko. Osoby, które korzystają z opalania w solarium, są o 75 procent bardziej narażone na rozwój raka skóry niż osoby, które tego nie robią.

Kiedy światło UVB uderza w nić DNA, powoduje zmianę w strukturze łańcucha. Każde miejsce wzdłuż pasma, które ma dwie podstawy tyminy z rzędu, jest podatne na to uszkodzenie. Energia światła UVB zmienia wiązanie chemiczne w tyminie. Zmienione wiązanie powoduje, że sąsiednie zasady tyminy sklejają się ze sobą. Ta para sklejonych ze sobą cząsteczek tyminy nazywana jest dimerem. Wszędzie tam, gdzie powstają te dimery, nić DNA odgina się od swojego normalnego kształtu i nie może być prawidłowo odczytana przez komórkę. W każdej sekundzie wystawienie komórki na promieniowanie UVB w świetle słonecznym może spowodować powstanie do 100 dimerów. Jeśli komórka zgromadzi zbyt wiele dimerów, może umrzeć lub stać się rakowa.

Chociaż produkcja dimerów na nici DNA przez światło UV jest powszechna, naturalne procesy naprawy komórki korygują większość zniekształceń, które powodują wystarczająco szybko, aby uniknąć trwałego uszkodzenia. Białka w komórce wykrywają uszkodzenie i wycinają uszkodzoną część nici DNA, która zawiera dimery. Brakujący segment jest następnie zastępowany właściwymi podstawami, a uszkodzenie naprawiane. Chociaż naturalne mechanizmy naprawcze są bardzo wydajne, dimery nadal mogą się akumulować, powodując śmierć komórki lub raka.