亞原子防曬霜:光粒子如何修復紫外線損傷的 DNA

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賦予生命的陽光可能對遺傳物質非常有害。包括植物和許多動物在內的大多數生物,其細胞內都配備有一種特殊的酶,可以快速修復太陽紫外線 (UV) 造成的 DNA 損傷。然而,人類的修復策略效果較差,因此容易遭受痛苦的曬傷和致命的皮膚癌

直到現在,科學家們從未見過這種酶(稱為光解酶)是如何工作的。但一項新的研究描述了這種分子“演員”如何以及以多快的速度開始工作,利用光子修復受損的雙螺旋結構。


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紫外線可以穿透細胞,破壞 DNA 片段中的鍵,導致遺傳密碼複製錯誤或失控,或者根本無法複製。當這些錯誤沒有得到適當修復時,有時會導致細胞死亡或癌症。

俄亥俄州立大學物理、化學和生物化學副教授,同時也是這篇新論文的合著者鍾東平在一份準備好的宣告中說:“人們已經研究這個問題多年了。但現在我們已經看到了它,我認為沒有人能猜到究竟發生了什麼。”這項研究於 7 月 25 日在《自然》雜誌(《大眾科學》是自然出版集團的一部分)上線上發表。

為了深入瞭解這些過程,研究人員使用了超快立體鏡技術,該技術閃爍的光足夠快,可以捕捉到皮秒級的變化。

鍾及其團隊觀察到,光解酶能夠透過將一個質子和一個電子釋放到受損的 DNA 片段中,將可見光轉化為修復能量。鍾說:“這聽起來很簡單,但這兩個原子粒子實際上引發了一系列非常複雜的化學反應。”在質子和電子完成它們的工作(一個僅需納秒的過程)後,它們又從雙螺旋結構中彈出,重新加入光解酶,這很可能使其準備好修復下一個受損區域。

這種酶可能是加強防曬霜的一種方法,為穿透 SPF 防護的紫外線造成的損傷提供修復。

圖片由維基共享資源/NASA/David Herring 提供

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